La clave que explica el surgimiento de vida compleja en la Tierra puede ser el oxígeno
Los científicos están un paso más cerca de comprender los orígenes de la vida compleja en la Tierradespués de arrojar nueva luz sobre un misterio sobre nuestros ancestros microbianos. La clave, sospechan, puede estar en cómo los microbios simples que vivieron hace miles de millones de años se adaptaron a la presencia de oxígeno.
Los humanos, como todas las plantas, hongos y animales de la Tierra, somos eucariotas: organismos con células que tienen un núcleo claramente definido que contiene ADN y otras estructuras como las mitocondrias, orgánulos que proporcionan energía a las células al convertir los nutrientes en energía.
Hace entre 2.400 y 2.100 millones de años, los niveles de oxígeno aumentaron drásticamente en la atmósfera de la Tierra en un evento conocido como la Gran Oxidación. Unos cientos de miles de años después de este evento, aparecieron en nuestro planeta los primeros rastros identificables de eucariotas, conservados como microfósiles, lo que sugiere que el oxígeno ha sido durante mucho tiempo un ingrediente crucial para la evolución de la vida compleja.
Muchos científicos creen que los eucariotas evolucionaron a partir de la combinación de dos tipos de microbios.
Pero en un giro intrigante, uno de los microbios, conocido como arquea de Asgard, sólo se ha encontrado en entornos con poco oxígeno, como respiraderos hidrotermales en el fondo del océano, a pesar de que aparentemente comparte complejas similitudes con los eucariotas.
Los investigadores se preguntaron cómo los asgardianos incluso se cruzaron con otros microbios que necesitaban oxígeno para sobrevivir y crear eucariotas, si existían en entornos tan diferentes.
Pero una nueva investigación de los genomas asgardianos ha revelado linajes previamente desconocidos de estos microbios en sedimentos costeros poco profundos, algunos de los cuales parecen tolerar y utilizar oxígeno, según un estudio publicado el 18 de febrero en la revista Nature.
“El hecho de que algunos de los asgardianos, que son nuestros antepasados, pudieran usar oxígeno encaja muy bien con esto”, dijo en un comunicado el coautor del estudio Brett Baker, profesor asociado de ciencias marinas y biología integrativa en la Universidad de Texas en Austin.
“El oxígeno apareció en el medio ambiente y los asgardianos se adaptaron a él. Descubrieron una ventaja energética en el uso del oxígeno y luego evolucionaron hasta convertirse en eucariotas”.
Comprender el papel de los asgardianos en el desarrollo de la vida compleja podría ayudar a resolver el gran misterio de cómo exactamente los microbios evolucionaron hasta convertirse en eucariotas y por qué estamos todos aquí, dijo Baker.
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Asgard Archaea, que lleva el nombre del hogar celestial de dioses nórdicos como Odín y Thor, es un superfilo, es decir, un grupo que evolucionó a partir de un ancestro común.
Un único filo dentro de este grupo se descubrió por primera vez en 2015 cerca de un volcán submarino en el Océano Atlántico Norte conocido como Castillo de Loki debido a su parecido con el casco con cuernos que usa el personaje de Marvel Comics, que también es un dios en la mitología nórdica. El microbio recibió el nombre de Lokiarchaeota.
Otros filos de microbios asgardianos también recibieron nombres de dioses de la mitología nórdica.
En comparación con los microbios de otros superfilos, los Asgards parecen estar estrechamente relacionados con los eucariotas y contienen genes que se encuentran sólo en formas de vida complejas.
“Han sido aclamados como una especie de eslabón perdido en la evolución de la vida, desde la vida microbiana unicelular hasta la vida compleja como las plantas y los animales”, dijo Baker. cnn.
Al examinar muestras de una amplia gama de entornos, los investigadores encuentran cada vez más tipos de microbios de Asgard, como Heimdallarchaeia, que lleva el nombre del guardián de Asgard.
En 2023, Baker y sus colegas descubrieron que los eucariotas parecen estar más estrechamente relacionados con el grupo Heimdall de microbios Asgard, que tienen vías metabólicas de alta energía.
Los hallazgos respaldaron la idea de que los animales y otras formas de vida deben obtener la mayor parte de su energía respirando oxígeno y reforzaron la teoría de que un aumento en el nivel de oxígeno en la Tierra se correlaciona con el surgimiento de vida compleja, dijo Baker.
El siguiente paso fue comprender qué procesos de generación de energía podrían ocurrir en diferentes tipos de microbios de Asgard, en función de sus genes.
Para investigar esta cuestión, Baker y sus colegas realizaron una secuenciación de ADN a gran escala a partir de muestras recolectadas en respiraderos hidrotermales de aguas profundas, así como en áreas costeras poco profundas.
El equipo pudo reunir cientos de genomas previamente desconocidos y construir un árbol de la vida para los microbios de Asgard, comparando similitudes y diferencias genéticas entre los microbios dentro del superfilo.
Se encontraron microorganismos del género Asgard en muestras de lodo recolectadas en la Cuenca de Guaymas, en el Golfo de California • Brett Baker/National Science Foundation
Durante el ensamblaje del árbol genealógico Asgard se descubrieron grupos de proteínas previamente desconocidas en los microbios, lo que permitió a Baker y sus colegas comparar estas proteínas con las utilizadas por los eucariotas para generar energía y metabolizar el oxígeno.
Un modelo de inteligencia artificial ayudó al equipo a identificar cómo las proteínas pueden plegarse en diferentes estructuras, lo que se correlaciona con su funcionamiento.
Varias proteínas producidas por los microbios de Heimdall son similares a las proteínas eucariotas que procesan eficientemente el oxígeno para generar energía, lo que sugiere que al menos algunos antiguos Asgard pueden haber sido tolerantes al oxígeno.
Inicialmente, los científicos pensaron que el ancestro microbiano de la vida compleja era una célula simple que habitaba ambientes libres de oxígeno.
Teorizaron que esta célula se adaptó para utilizar oxígeno después de combinarse con bacterias, lo que finalmente dio lugar a la presencia de mitocondrias en nuestras células.
“Los eucariotas casi siempre dependen de las mitocondrias para quemar hidrocarburos y convertirlos en oxígeno y hacer todas las cosas maravillosas que hacemos”, escribió en un correo electrónico Buzz Baum, biólogo celular y líder del grupo Baum Lab en el Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica en Cambridge, Inglaterra. Baum no participó en el nuevo estudio.
Pero los nuevos hallazgos sugieren que es posible que Asgard ya se haya adaptado para procesar oxígeno antes de combinarse con bacterias. Esta tolerancia habría colocado a los Asgard en ambientes oxigenados y podría haber ayudado a facilitar su fusión con las bacterias, según el estudio.
El sumergible de investigación Alvin se utilizó para buscar microbios Asgard en las profundidades del océano • Brett Baker/National Science Foundation
“La transición a una vida compleja no requirió innovar el metabolismo del oxígeno desde cero: los componentes básicos ya existían”, escribió en un correo electrónico Burak Avci, profesor asistente de microbiología en la Universidad de Aarhus en Dinamarca. Avci no participó en la nueva investigación.
“Sin embargo, es importante reconocer que estamos examinando representantes modernos de un evento antiguo que ocurrió hace miles de millones de años”, dijo. “Existe una brecha de tiempo evolutiva significativa, y los encuentros reales de este evento pueden haber involucrado diferentes estrategias metabólicas en la formación de la primera célula eucariota”.
Los autores del estudio también señalaron que se necesita más evidencia para confirmar biológicamente las predicciones genéticas del estudio, especialmente cuando se intenta determinar las capacidades exactas de los antiguos Asgards de hace casi 2 mil millones de años.
Baum señaló que el Asgard moderno probablemente cambió y se adaptó para usar oxígeno.
El estudio se suma a un creciente cuerpo de evidencia de que las células eucariotas se originaron en ambientes costeros ricos en oxígeno, dijo Daniel Brady Mills, investigador postdoctoral en el Instituto de Evolución Molecular de la Universidad de Düsseldorf en Alemania. Mills, que no participó en la investigación, dijo que espera que el estudio inspire a otros investigadores a cultivar sus propios especímenes en el laboratorio para probar si los microbios asgardianos pueden usar oxígeno o no.
Baker tiene la esperanza de que los científicos alcancen un hito en los próximos cinco a diez años: observar la evolución de los microbios Asgard cultivados en laboratorio a medida que se transforman en células eucariotas, un proceso conocido como eucariogénesis.
“No hay razón para pensar que esto ocurrió sólo una vez, hace 2 mil millones de años”, dijo Baker.
Los estudios futuros también deberían medir la cantidad de oxígeno en los entornos donde están presentes los Asgard e identificar microbios dentro del superfilo que pueden crecer con sólo pequeñas cantidades de oxígeno, dijo Baum.
Los asgardianos son los parientes vivos más cercanos de la humanidad a partir de un evento antiguo, lo que significa que contienen pistas sobre nuestros orígenes, dijo Baum, por lo que es crucial determinar cuándo comenzaron a usar oxígeno.
“Si miras a tu alrededor, nuestro planeta está dominado por eucariotas”, dijo Baker. “Comprender cómo se formaron es una transición importante en la evolución de la vida en la Tierra. El hecho de que hayamos encontrado oxígeno en nuestros ancestros cercanos, los asgardianos, encaja muy bien en este rompecabezas”.
