Comprender cómo comenzó y evolucionó la vida en la Tierra es una pregunta que ha fascinado a los humanos durante mucho tiempo, y los científicos modernos han Hizo grandes avances Cuando se trata de encontrar algunas respuestas.
Ahora, nuestro estudio reciente espera ofrecer nuevos conocimientos sobre el origen de la vida en la Tierra.
Hace unos 375 millones de años, nuestros antepasados parecidos a los peces respiraban a través de branquias. Hace 600 millones de añossurgió el ancestro común de todos los animales – El urmetazoo microscópico.
Sin embargo, miles de millones de años antes de que todo eso sucediera, el ancestro común de todos los organismos vivos, el último ancestro común universal (Luca), debió haber existido.
Los científicos han trabajado en la identificación de Luca durante décadas con ideas diferentes sobre cómo era Luca. Otro punto de controversia es la edad de Luca. La evidencia fósil más antigua que tenemos de vida es de alrededor de 3.4 mil millones de años.
Algunos estudios sitúan la edad de Luca cerca de los 100 años. nacimiento de la tierra, Hace 4.500 millones de añosOtros piensan que esto es imposible debido al tiempo que tomaría establecer el código genético y la maquinaria de replicación del ADN.
Luca era No es el primero Forma de vida; fue el organismo del que descendieron todos los organismos vivos. Sin embargo, los científicos creen que los organismos vivos pueden haber existido mucho antes de Luca.
Entender cómo era Luca y cuándo vivió es importante para ayudarnos a entender cómo ha evolucionado la vida en la Tierra.
En nuestro estudio reciente, publicado en Naturaleza Ecología y EvoluciónUtilizamos una combinación de métodos científicos para reconstruir el genoma de Luca y demostrar cómo los genes que encontramos podrían haberle permitido vivir. Este proyecto fue el resultado de varios años de trabajo y de un equipo internacional de colaboradores.
La naturaleza de Luca
Para reconstruir el genoma de Luca, necesitábamos una muestra de genomas (toda la información genética de un organismo) de diferentes grupos de bacterias y arqueas (organismos unicelulares distintos de las bacterias) para que pudiéramos estar seguros de que estábamos probando vida moderna.
Excluimos a los eucariotas (plantas, animales y hongos) porque los científicos creen que evolucionaron a partir de una unión de arqueas y bacterias, mucho más tarde. Teníamos un conjunto de 700 genomas (350 arqueas y 350 bacterias), ya seleccionados un estudio de 2022 Algunos de nosotros estuvimos involucrados en ello.
Clasificamos estos genes en diferentes familias para comprender su función en los organismos modernos. Para ello, utilizamos una base de datos llamada BARRILque ayuda a los científicos a comprender los organismos. vías metabólicas (como sostienen la vida).
A continuación, utilizamos estas familias para inferir árboles filogenéticos (o filogenias, algo así como un árbol genealógico) para comprender la relación entre diferentes especies y ver cómo evolucionaron a lo largo del tiempo.
También construimos un conjunto independiente de 57 genes que son comunes a los 700 organismos de nuestro estudio y que probablemente se encuentran en casi todos los seres vivos. Este tipo de genes no ha cambiado mucho en los últimos miles de millones de años.
Utilizamos estos 57 genes para construir un árbol de especies, que muestra la relación darwiniana de los diferentes organismos. Luego pudimos combinar nuestros árboles genéticos KEGG con el árbol de especies, modelando las tasas de duplicación, transferencia y pérdida de genes. Esto también nos permitió calcular la probabilidad de que existan diferentes familias de genes en Luca.
Reconstruir el genoma de Luca nos permitió estimar su metabolismo, como si estuviera vivo hoy. Imaginamos a Luca como un organismo bastante complejo, como las bacterias y arqueas modernas, con un genoma pequeño. Sin embargo, no encontramos evidencia de fotosíntesis (que algunas bacterias utilizan) o fijación de nitrógenoun proceso químico que algunas bacterias y arqueas modernas utilizan para mantenerse vivas.
¿Que edad tenia Luca?
También probamos un nuevo método para estimar la edad de Luca usando genes que creemos que… Duplicado antes de Luca junto con información de fósiles.
Normalmente, para inferir líneas de tiempo evolutivas, obtendríamos una filogenia de nuestra especie de interés con genes homólogosque se remontan a un ancestro común.
Luego, encontraríamos un grupo de especies que estén distantemente relacionadas (un grupo externo) con nuestra especie de interés para establecer la raíz de la filogenia.
Las “ramas” que conectan las especies en una filogenia contienen información sobre la velocidad a la que se produjeron los cambios genéticos (mutaciones) y el momento en que las especies divergieron. Podemos utilizar evidencia fósil o geológica para informar El reloj molecular sobre las posibles edades mínimas en las que eventos de especiación tuvo lugar.
Sin embargo, con Luca tenemos dos problemas: no hay ningún grupo externo que se ocupe del origen de la vida y no hay muchos fósiles ni demasiada evidencia geológica de la Tierra primitiva que podamos usar para calibrar el reloj molecular.
Para superar estas restricciones, utilizamos genes paralogos eso Los científicos ya habían rastreado a LucaLos genes paralógicos están relacionados entre sí a través de la duplicación genética. Esto puede suceder cuando una especie se divide en dos, cada una con su propia copia del gen duplicado.
Calculamos que Luca vagó por la Tierra hace unos 4.200 millones de años. Si nuestra estimación del tiempo es cercana a la verdad, elementos como el código genético, la traducción de proteínas y la vida misma debieron haber evolucionado rápidamente, casi inmediatamente después de que se formara la Tierra.
Nuestra reconstrucción de Luca no es la primera y, sin duda, no será la última. Cada año se descubren y secuencian más organismos, los ordenadores son cada vez más potentes y los modelos evolutivos mejoran continuamente.
Por lo tanto, nuestra comprensión de Luca puede cambiar cuando haya más datos y técnicas más potentes disponibles.
Por ejemplo, deberíamos considerar que probablemente había muchos otros organismos viviendo en el tiempo de Luca que ya no están representados por ningún organismo en la actualidad.
Si alguno de los primeros descendientes de Luca no llegó a nuestros días y sus genes no sobrevivieron, entonces nunca podremos relacionar estas familias de genes con Luca, lo que significa que nuestra reconstrucción de Luca puede ser incompleta.
A pesar de todas las limitaciones técnicas, nuestro estudio establece una nueva forma de entender a Luca. Pero todavía queda mucho trabajo por hacer para entender mejor cómo ha evolucionado la vida desde la formación de nuestro planeta Tierra.
Edmund R. R. MoodyInvestigador asociado sénior en biología evolutiva computacional, Universidad de Bristol y Sandra Álvarez-CarreteroInvestigador asociado, Universidad de California en Las Vegas
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