jueves, 4 de agosto de 2016

¿Cómo era LUCA?

Según un análisis genético LUCA era un ser extremófilo amante del calor que se alimentaba de hidrógeno gaseoso alrededor de chimeneas hidrotermales.
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Chimenea hidrotermal actual. Foto: NOAA.
El problema del pasado es que ya ha pasado, ya no está aquí. Incluso este mismo instante que usa el lector al leer esta frase dejará de ser presente para pasar a ser pasado en una fracción de segundo.
Lo malo es que, como no tenemos máquina del tiempo ni nunca la tendremos, no es nada fácil saber sobre el pasado que no hemos vivido. Básicamente por que este nos es inaccesible.
Por esta razón es tan difícil saber sobre cómo surgió la vida en la Tierra o cómo eran esas formas de vida primigenia. Generalmente no tenemos fósiles que nos guíen. Aunque, a veces, sí hemos inventado nombres para esas formas de vida. Así por ejemplo, tenemos a LUCA (last universal common ancestor) o último antepasado común universal (al que por aquí se denominó PACU, con P de ‘primer’).
Se supone que LUCA está en la base o raíz del árbol filogenético que comprende toda la vida en la Tierra. Pero no sabemos como era. Se ha hipotetizado que quizás LUCA surgió del calor de las fuentes hidrotermales o, todo lo contrario, del frío, entre otras varias otras propuestas, incluida la charca de Darwin. Aportar pruebas a estas u otras hipótesis no es fácil. También se cree que LUCA quizás no fue un único tipo de organismo, sino toda una comunidad de organismos diferentes.
Los seres pluricelulares son eucariotas, es decir, compuestos por células con núcleo diferenciado. Pero en el pasado sólo había células procariotas, que son más sencillas. Las bacterias y arqueas son procariotas. Así que LUCA debía ser procariota. También se cree que LUCA debía de almacenar la información genética en ADN, pero es difícil saber mucho más.
Pese a todo, tenemos una suerte inmensa. Vivimos en el tiempo privilegiado en el podemos extraer información del entorno vivo y, a la vez, todavía no nos ha dado tiempo a destruir ese entorno por completo (cosa que ocurrirá pronto). Ahora, la tecnología genética nos permite leer en esos ‘libros’ que son los genomas de las distintas especies de seres vivos. Uno tras otro vamos acumulando libros leídos de este tipo y vamos formando una gran biblioteca.
Los biólogos pueden ahora adentrarse en el pasado de un modo similar a como hacen los historiadores, pero contando con información objetiva y el método científico.
Los genes van cambiando y mutando, pero si tenemos muchos genomas podemos comparar unos con otros y retrotraernos en el pasado de las especies, familias, órdenes, clases, filos, reinos y dominios. De este modo pasamos de una rama a otra más gruesa del árbol filogenético global. Pero, ya puestos, ¿por qué no retraernos hasta LUCA? Esto es precisamente lo que ha hecho un grupo de investigadores recientemente.
Para ello William Martin (Universidad Heinrich Heine en Dusseldorf) y sus colaboradores han comparado los genomas de casi 2000 especies de microorganismos modernos (1800 bacterias y 130 arqueas). Según sus resultados, LUCA era un ser extremófilo amante del calor que se alimentaba de hidrógeno gaseoso en un mundo carente de oxígeno libre. Posiblemente esas condiciones se daban en las fuentes hidrotermales de entonces, que, además, debían de ser más abundantes hace 3800 millones de años que ahora.
En la actualidad se pueden encontrar dichas fuentes cerca de las dorsales oceánicas. Estas fuentes o chimeneas hidrotermales emiten agua a alta temperatura rica en hidrógeno, dióxido de carbono y minerales (ver foto de cabecera).
La tarea no ha sido sencilla, pues las bacterias no sólo transfieren genes a la descendencia por transferencia vertical, sino que además pueden realizar transferencia genética horizontal a coetáneos que no sean su descendencia. Esto emborrona la línea filogenética que se desea averiguar. Para solucionar este problema estos investigadores han desarrollado una técnica que identifica los genes heredados directamente por transferencia vertical.
Analizando los resultados obtenidos han conseguido identificar 355 familias de genes que están ampliamente distribuidas por todos los organismos modernos, lo que significaría que son candidatas a formar parte del genoma de LUCA, ya que si bajamos por todas la ramas del árbol filogenético llegamos abajo, al tronco, en donde estaría LUCA. En estudios previos se había logrado identificar de un modo similar sólo unos 100 genes de LUCA.
Estas familias de genes no están distribuidas al azar a lo largo de cada uno de los genomas de lo seres vivos actuales, sino que están relacionados con aspectos específicos, como el metabolismo. En concreto con la respiración anaerobia entre otras cosas. Así que LUCA vivía hace unos 3800 millones de años en un ambiente que carecía de oxígeno libre. Esto es obvio, ya que el oxígeno libre es emitido por la fotosíntesis de los seres vivos y LUCA, por definición, sería también el antepasado de los seres fotosintéticos. No podía haber oxígeno libre en esa época.
Además, según este análisis, LUCA debía ser un termófilo, que vivía en aguas a alta temperatura y se alimentaba de hidrógeno gaseoso que sería producido de forma geológica, por ejemplo gracias a las fuentes hidrotermales cercanas a los volcanes submarinos. LUCA dependería en último término de las reacciones abióticas de las chimeneas hidrotermales para poder vivir.
El estilo de vida de LUCA es similar a la de dos grupos modernos: clostridium, y metanógenas. El primero está compuesto por bacterias anaerobias y el segundo por arqueas que viven del hidrógeno. Así que, aunque LUCA haya desaparecido, todavía quedan descendientes cercanos suyos.
También se han hallado genes dentro de esas familias relacionados con la lectura del código genético, como es lógico. Pero también alguna sorpresa interesante. La vida actual usa bombas de iones que mantienen un gradiente electroquímico que permite la síntesis de ATP, que es la “moneda” de energía de la célula. Sin embargo, parece que LUCA carecía de esta capacidad, por lo que tuvo que usar un gradiente externo preexistente para sintetizar ATP.
Esto encaja con la idea que se había propuesto en el pasado sobre que la primera forma de vida obtenía la energía al aprovecharse del gradiente que había entre al agua marina y el agua que salía de la chimenea. Luego, la habilidad de crear un gradiente propio aparecería por evolución y la vida pudo desligarse de estas fuentes hidrotermales. Se cree que esto se pudo dar en dos ocasiones, una vez con las bacterias y otra con las arqueas. Estos dos taxones evolucionarían por separado según las condiciones del planeta cambiaban, mientras que LUCA desaparecería más tarde al no ser ya posible su estilo de vida en un ambiente ya muy distinto.
También parece que LUCA tendría el gen que codifica la proteína que permite intercambiar iones sodio e hidrógeno a lo largo de ese gradiente. En el pasado se ha propuesto que esta proteína sería crucial a la hora de explotar el gradiente natural externo presente en las chimeneas hidrotermales.
Paradójicamente, según los resultados del grupo de Martin, LUCA carecería de los genes encargados de sintetizar aminoácidos (los bloques que forman las proteínas). Si esto es cierto entonces este ancestro dependería de los aminoácidos sintetizados de forma espontánea por el entorno de estas chimeneas, algo no imposible, pero difícil.
Pese a todas las ventajas que conlleva este tipo de técnicas de estudio, ya sabemos que es complicado asegurar qué genes de los identificados son realmente tan antiguos o si sólo lo aparentan al haberse intercambiado entre bacterias y arqueas por transferencia horizontal. Para ello se ha usado el proceso de descarte mencionado antes y así poder eliminar de la lista aquellos que provengan de la transferencia horizontal al quedarnos sólo con los que sabemos seguro que se han transferido entre padres e hijos por transferencia vertical. Pero este método de selección puede haber eliminado genes de la lista que quizás sí estuvieran presentes en LUCA, como, por ejemplo, los genes que sintetizan aminoácidos.
Según estos resultados, la idea de que la vida surgió en las chimeneas hidrotermales gana puntos, ya que, entre otras cosas, aporta un escenario que explica características clave de la vida terrestre. Aunque, obviamente, nunca estaremos seguros de ello al 100%.
Si esta idea es finalmente correcta entonces es posible que haya más probabilidades de que pueda haber surgido la vida en los mares interiores de Europa o Encelado, si es que allí hay fuentes hidrotermales. La actividad de lo que se puede llamar géiseres parece favorecer esta posibilidad. Si hubiese allí vida, ¿cómo sería de diferente a la de nuestro LUCA?
Aunque el estudio ha recibido mucho apoyo de la comunidad académica, no todo el mundo está de acuerdo con la propuesta de que LUCA se originó en las chimeneas hidrotermales. Así por ejemplo, John Sutherland (University of Cambridge) sugiere que la vida comenzaría en charcas de tierra firme y no en el fondo del océano. Esta habría emigrado al fondo oceánico y comenzado a vivir de las chimeneas hidrotermales al darse el Bombardeo Intenso Tardío.
Este evento lanzó a la Tierra (y a otros cuerpos) planetesimales entre hace 4000 y 3800 millones de años debido, se cree, a un reajuste orbital de Júpiter y Saturno. Podemos ver las pruebas en forma de cráteres en la Luna y otros cuerpos del Sistema Solar.
Según él, la química muestra que la vida se originó en charcas de agua en tierra firme (tal y como propuso Darwin en su día) bajo la acción de los rayos ultravioletas del Sol y estos rayos no pueden penetrar en el mar tan profundamente como para alcanzar su fondo.
Obviamente se necesitará investigar más sobre este asunto de LUCA hasta tener un mejor retrato robot de él.
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