La historia de cómo comenzó la vida compleja se comprende en gran medida, pero hay una contradicción que nunca ha llegado a encajar del todo. Las plantas, los animales y los hongos, conocidos colectivamente como eucariotas, probablemente surgieron cuando dos microbios muy diferentes formaron una estrecha alianza. Con el tiempo, uno de ellos se convirtió en la mitocondria, la estructura productora de energía dentro de nuestras células.
La asociación emparejó un microbio que utiliza oxígeno con uno que pensaba vivir sin él. Si sus hábitats rara vez se superponían, ¿cómo es que se unieron? Un nuevo estudio publicado en Nature sugiere que la separación puede haber sido exagerada. Algunos de los microbios más estrechamente relacionados con nuestros primeros ancestros parecen haber sido capaces de utilizar oxígeno.
“La mayoría de los Asgard vivos hoy en día se han encontrado en entornos sin oxígeno”, explicó Brett Baker, coautor del estudio, en un comunicado de prensa. “Pero resulta que los más estrechamente relacionados con los eucariotas viven en lugares con oxígeno, como sedimentos costeros poco profundos y flotando en la columna de agua, y tienen muchas vías metabólicas que utilizan oxígeno. Eso sugiere que nuestro ancestro eucariota probablemente también tuvo estos procesos”.
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Dónde vivieron los ancestros microbianos de la vida compleja
Un árbol genealógico ampliado de Asgard archaea.
(Crédito de la imagen: Universidad de Texas en Austin)
Los microbios en el centro de este estudio pertenecen a un grupo conocido como Asgard archaea. Identificados por primera vez en sedimentos marinos, se les considera los parientes más cercanos conocidos de los eucariotas.
Hasta ahora, la mayoría de los Asgard estudiados estaban relacionados con entornos pobres en oxígeno. Eso ayudó a dar forma a la idea de que la fusión que condujo a células complejas se produjo en condiciones de bajo oxígeno.
La nueva investigación pinta un panorama más amplio. Al ensamblar miles de genomas microbianos a partir de muestras de sedimentos marinos recolectadas durante múltiples expediciones, el equipo casi duplicó la diversidad conocida de arqueas de Asgard y construyó un árbol evolutivo más completo.
Cuando se centraron en un subgrupo llamado Heimdallarchaeia, el linaje más estrechamente relacionado con los eucariotas, encontraron evidencia genética de un metabolismo basado en oxígeno. Estos microbios no eran anaerobios estrictos. Parecen haber tolerado y posiblemente utilizado el oxígeno.
El papel del oxígeno en la evolución temprana
El momento también coincide con los cambios en la atmósfera de la Tierra. Durante gran parte de la historia temprana, el oxígeno fue escaso. Hace unos 2.400 millones de años, los niveles aumentaron durante lo que se conoce como el Gran Evento de Oxidación. Los aumentos posteriores acercaron la atmósfera a las condiciones modernas. Poco después de esos ascensos, aparecen los primeros fósiles eucariotas claros en el registro geológico.
Si algunos ancestros de Asgard ya eran capaces de utilizar oxígeno, esos cambios pueden haber ofrecido una poderosa ventaja. El metabolismo basado en oxígeno genera mucha más energía que las vías anaeróbicas. Los microbios que pudieran aprovecharlo habrían tenido más combustible para crecer, dividirse y desarrollar una mayor complejidad celular.
En lugar de actuar como una barrera entre dos organismos no coincidentes, el oxígeno puede haber ayudado a que su asociación valiera la pena.
Remodelando el árbol genealógico de Asgard
Los hallazgos provienen de un enorme esfuerzo de secuenciación. Se ensamblaron más de 13.000 genomas microbianos a partir de aproximadamente 15 terabytes de ADN ambiental. Dentro de ese tesoro, surgieron cientos de nuevos genomas de Asgard.
La comparación de esos genomas permitió al equipo construir un árbol genealógico de Asgard más detallado e identificar proteínas previamente desconocidas. Para comprender mejor qué hacen algunas de esas proteínas, recurrieron a AlphaFold2, una herramienta de inteligencia artificial que predice cómo las proteínas se pliegan en formas tridimensionales. Como la estructura determina la función, esas predicciones son importantes. Varias proteínas producidas por Heimdallarchaeia se parecen mucho a las que utilizan los eucariotas modernos para el metabolismo energético basado en oxígeno.
El origen de la vida compleja sigue siendo uno de los mayores cambios evolutivos de la biología. Estos resultados sugieren que es posible que el antepasado de las células complejas no haya estado confinado a hábitats libres de oxígeno. En cambio, es posible que haya estado equipado para aprovechar un mundo cambiante y cada vez más rico en oxígeno.
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