LUCA: nuestro último antepasado común vivió hace 4.200 millones de años
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| Un microbio complejo que pudo haber prosperado en las aguas poco profundas de la Tierra primitiva, cuando la Luna se veía mucho más cerca, fue probablemente el último ancestro común de toda la vida actual. MARK GARLICK/SCIENCE SOURCE |
16 julio 2024.- El último ancestro compartido por todos los organismos vivos fue un microbio que vivió hace 4.200 millones de años, tenía un genoma bastante grande que codificaba unas 2.600 proteínas, disfrutaba de una dieta de gas hidrógeno y dióxido de carbono y albergaba un sistema inmunológico rudimentario para luchar contra los invasores virales.
Esa es la conclusión de un nuevo estudio que comparó los genomas de una amplia gama de 700 microbios modernos y buscó puntos en común para identificar qué características surgieron primero. Aunque el análisis no revela cómo comenzó la vida, sugiere que un organismo celular complejo algo similar a los microbios modernos evolucionó solo unos cientos de millones de años después de la formación de la Tierra.
El estudio se ha publicado en Nature Ecology & Evolution .
No es el primer intento de esbozar la identidad del hipotético último ancestro común universal, o LUCA. En 2016, por ejemplo, los investigadores dirigidos por William Martin, un biólogo evolutivo de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf, utilizaron un enfoque relacionado de comparación de genomas microbianos conocidos para proporcionar la evidencia genética más convincente hasta el momento de que LUCA probablemente era un anaerobio que creció en un entorno desprovisto del oxígeno requerido por la mayoría de las células actuales. El análisis genético de Martin también encontró evidencia que sugería que era un "termófilo", un microbio amante del calor, que se alimentaba de gas hidrógeno (H 2 ). Esa combinación sugería que podría haber vivido cerca de respiraderos oceánicos de aguas profundas cerca de volcanes submarinos.
Su equipo no intentó dar una fecha para LUCA en ese estudio de 2016. Pero otros esfuerzos fijaron la existencia de LUCA en unos 3.800 millones de años atrás.
Sin embargo, desde el estudio de Martin se han secuenciado muchos más microbios y Kaçar señala que las herramientas de la genómica comparativa también se han vuelto más sofisticadas y adecuadas. Para el nuevo estudio de LUCA, Edmund Moody, un experto en genómica de la Universidad de Bristol, desarrolló un método destinado a ofrecer una predicción más precisa del momento de la existencia de LUCA. Un enfoque común se basa en las tasas variables pero conocidas de mutaciones genéticas en especies microbianas, así como en el ritmo de las transferencias genéticas entre ellas, para crear una especie de reloj molecular. Al construir árboles genealógicos que clasifiquen qué organismos probablemente evolucionaron de otros y rastrear los cambios genéticos en los genes conservados, los investigadores pueden estimar aproximadamente cuándo divergieron dos ramas vecinas en el árbol y, de ese modo, determinar la edad de su ancestro común. Los análisis anteriores adoptaron este enfoque, basándose en el seguimiento de los cambios en genes individuales compartidos por descendientes que parecen tener a LUCA como raíz.
Moody y sus colegas han ido un paso más allá. Se centraron en cinco conjuntos de genes “parálogos” o duplicados que se encontraron en múltiples bacterias y arqueas, lo que sugiere que la duplicación se produjo antes de que LUCA se dividiera en esos descendientes. Rastrear si una mutación se encuentra en ambas copias de esos genes o solo en una facilita determinar el momento de su duplicación y, por lo tanto, las edades de los ancestros comunes, dice Moody.
Para investigar el estilo de vida de LUCA como lo hizo Martin, el grupo de Moody rastreó 57 genes "marcadores" en 350 especies de bacterias y 350 especies de arqueas para construir un árbol de la vida. Eso es un avance con respecto al equipo de Martin, que rastreó genes compartidos por al menos dos órdenes de bacterias y dos órdenes de arqueas, dice Moody. Su equipo luego rastreó por separado los patrones evolutivos de genes individuales y familias de genes de todos los genes disponibles en esas bacterias y arqueas catalogadas en una base de datos genómica de uso común. Al comparar las historias evolutivas de genes individuales con las de las especies, pudieron determinar mejor qué genes se duplicaron, se perdieron o sufrieron transferencia horizontal de genes. A partir de eso, dedujeron lo que estaba presente en LUCA.
El análisis sugirió que LUCA se alimentaba de dióxido de carbono (CO2) y H2 . Pero también encontraron evidencia de que LUCA tenía un gen que podría haberlo protegido de la luz ultravioleta, lo que sugiere que el microbio podría haber vivido en aguas superficiales, donde podría haber capturado CO2 y H2 de la atmósfera, en lugar de en respiraderos de aguas profundas. Aún así, al igual que Martin, detectaron la firma de una enzima llamada girasa inversa que se encuentra comúnmente en termófilos, lo que reconocen significa que LUCA también podría haber prosperado alrededor de esos respiraderos.
También se descubrió algo nuevo: que LUCA probablemente tenía 19 genes CRISPR-Cas9, un aparato del que dependen las bacterias modernas para cortar el material genético de los invasores virales (y la inspiración para el editor de genoma versátil que ahora se usa en muchos campos).
Eso sugiere un ecosistema próspero de microbios y patógenos que data de tiempos tan remotos con sistemas CRISPR-Cas9 bastante sofisticados. Eso significa que en solo unos pocos cientos de millones de años, la vida primitiva logró desarrollar microbios complejos cuyas interacciones se asentaron rápidamente en el andamiaje de un ecosistema simple, una hazaña que los estudios modernos que intentan representar el LUCA perdido hace mucho tiempo aún no pueden explicar.
Fuente: Moody, E.R.R., Álvarez-Carretero, S., Mahendrarajah, T.A. et al. The nature of the last universal common ancestor and its impact on the early Earth system. Nat Ecol Evol (2024). https://doi.org/10.1038/s41559-024-02461-1
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