Orígenes. La vida. Capítulo 10. Origen y evolución de los Eucariotas

Lo primero alguna que otra reflexión personal.

Desde mi punto de vista el libro está siendo muy enriquecedor pero, sinceramente, si no llega a ser por vosotros creo que lo habría abandonado hace tiempo (lo habría dejado para cuando tuviera más horas libres y al final no lo habría leído).

@molinos1282 lo explica muy claro en muchos de sus posts: ¡existen tallas y opino que esto es divulgación XXL!

@AlbertoFdezSoto y @brionesci (los autores de la 1º y 2º parte respectivamente) nos han dicho en los comentarios que han hecho en el blog:

· "La idea fue desde el principio que iba a ser un libro de divulgación, pero entendiendo que iba a implicar un esfuerzo del lector. Teníamos que intentar explicarle las cosas con la mayor claridad posible, pero no huir de hacerle trabajar".

· "En cuanto al nivel general del texto, hemos intentado llegar tanto a buenos lectores aficionados a la ciencia pero sin formación científica previa… como a investigadores y profesores universitarios expertos en cada uno de los temas".

Por mi parte decir que creo que lo están logrando, y no lo digo por los diversos "triunfos" que está cosechando el libro, sino porque con algo de trabajo yo estoy llegando a comprender muchas cosas.

Por otro lado decir que, en la primera parte me sorprendió que se liquidaran tan rápidamente el origen del Sistema Solar, y ahora observo que en esta segunda parte se liquidan rápidamente la evolución de las eucariotas... ¡Pero me está gustando la idea y creo que es lo correcto! Me explico.

Como de lo que siempre se habla, de lo que es más conocido, de lo que hay mucho escrito... es de esas partes, lo lógico y lo normal es que un libro que se llame orígenes vaya a lo desconocido, a lo que se está investigando, a lo que solo algunos conocen porque hay poco escrito...

¡Me ha gustado el enfoque, estoy deseando saber de que se hablará en #Orígenes/Humanos (y también deseando saber cómo lo hará)!

 Lo segundo una invitación

Veamos.

Creo que, aunque se pierda algo de perspectiva, el libro se puede leer por partes: las tres partes creo que son claramente diferentes.

Aunque lo aconsejable sea leerlas por orden, desde mi punto de vista, si alguien se está quedando con ganas de engancharse a la lectura conjunta que estamos haciendo de #Orígenes en #TertuliasCiencia, ESTE ES EL MOMENTO.

Empezamos la semana que viene. El primer resumen lo hará @ConxiSole y el segundo @jlmgarvayo, también resumirá otro capítulo @SimonPerera...

Como puedes ver nosotros seguimos ¿comentas con nosotros? A nosotros nos gustaría que te sumaras porque tus comentarios nos enriquecerían a todos. Pero en este proyecto estamos para disfrutar, así que, te unas o no, siempre eres bien recibido.

Por cierto, si quieres resumir algún capítulo, ponte en contacto con nosotros y te explicaremos como estamos organizados. Puedes pasarte por la página #Orígenes de este blog y ver los resúmenes que están "pillados".

 Y ahora el resumen "Origen y evolución de los eucariotas"

En el libro hemos visto que nuestra vida empezó con la química prebiótica (y seguramente en el espacio).

A lo largo de los capítulos hemos visto que desde que el sistema Tierra-Luna se formó (hace aproximadamente 4570 Ma) todo ha ido cambiando. Aunque hubiera aparecido vida antes (sea lo que sea eso), se cree que hasta que pasó el último gran bombardeo de meteoritos y cometas (hace aproximadamente 3850 Ma) nuestra "estirpe" no pudo surgir.

El autor nos ha dicho que hay cierto consenso de que hace aproximadamente 3500 Ma ya existía la primera célula (o comunidad de especies que intercambiaban genes), LUCA. Se cree que antes de ella existió, no solo la química prebiótica, sino que también un mundo de ARN, de virus y de proto-células.

Para mí, uno de los grandes descubrimientos de esos capítulos ha sido la transferencia horizontal de genes, me ha encantado la imagen visual de "el arbusto de la vida".

Y LUCA evolucionó y dio tres grandes ramas. La gran mayoría de los investigadores creen que primero se separó la rama Bacteria de la rama Arquea-Eucariota y que esa primera separación ocurrió relativamente pronto.

Inicialmente, tanto las Bacterias como las Arqueas, vivieron, sin núcleo (procariotas), intercambiando genes y en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno), pero hace 2700 Ma aparecieron "las fabricantes de oxígeno" (seguramente cianobacterias), siendo el oxígeno un desecho para ellas y tóxico para el resto. Como el planeta estaba sin oxidar el oxígeno que se expulsaba poco a poco fue oxidando  la Tierra y, mientras, la evolución fue "adaptando" a nuevas Bacterias y Arqueas. Alrededor de hace 1600 Ma la concentración de oxígeno fue "alta, tolerada e incluso útil" (vamos, como ahora, aunque en esas fechas era de alrededor del 15%). La capa de ozono no se formó hasta hace aproximadamente 1000 Ma (cuando hubo el suficiente exceso de oxígeno en la atmósfera)

 

Pues, antes de que existiera la capa de ozono, arranca el origen y evolución de los eucariotas (arranca aquí nuestro último resumen de esta parte).

Probablemente, hace aproximadamente 2000 Ma surgió la primera célula eucariota, LECA (el análisis de las secuencias génicas de todas las eucariotas comparadas así lo indica).

Además de posiblemente flagelos, tenía características morfológicas únicas: núcleo y citoesqueleto (que le permitía emitir pseudópodos y fagocitar).

Esa primera eucariota también tenía ya mitocondrias (al contrario de lo que antes se creía porque algunos protistas no las tienen, ahora se piensa que es que las han perdido).

Su metabolismo era heterotrófico y su reproducción mucho más compleja que la de las procariotas.

Pero, ¿cómo surgió LECA? Actualmente hay dos modelos.

El primero (el que parece menos probable) asume que una arquea ancestral evolucionó generando el núcleo y el citoesqueleto. Que aceptó muchos genes arqueos y algunos bacterianos por transferencia horizontal.

El segundo postula que una bacteria fagocitó a una arquea que con la evolución se convirtió en el núcleo. Este modelo tiene la ventaja de que explica mejor la existencia de la doble membrana en el núcleo (cosa típica de la endosimbiosis, uno del "fagocitado" y otro del que "fagocita") y que los fosofolípidos de la membrana celular eucariota son más parecidos a los bacterianos.

Ambos modelos asumen que finalmente se fagocitó una bacteria que se convertiría mediante endosimbiosis en la mitocondria (lo mismo ocurriría después con el cloroplasto en cierta rama de las eucariotas cuando se fagocitó una cianobacteria). La hipótesis de la fagocitación se asienta en las bases de la existencia de la doble membrana y de la existencia de genoma propio dentro de estos orgánulos. La frase "La primera fusión celular, precursora de la fecundación, podría haber sido consecuencia del canibalismo: un microorganismo que se comió a otro sin digerirlo" me ha gustado.

Y llegó la pluricelularidad (y no lo hizo una sola vez, surgió en distintos linajes de organismos unicelulares eucariotas)

Al estar las células físicamente conectadas y ser interdependientes se inició una especialización que finalmente generó tejidos que debieron de ser regulados y coordinados.

Además, más adelante surgió la reproducción sexual donde unas células son reproductivas y otras no, incluso apareciendo la recombinación de fragmentos génicos que generó mayor diversidad. Pero el texto añade que en los de reproducción sexual ha ocurrido algo que a mí me ha llamado mucho la atención LA APARICIÓN DE LA MUERTE. Me ha sorprendido la idea, me ha chocado que como máximo solo el 15% de la biodiversidad actual esté abocada a la muerte.

Retomemos nuestro camino. Hace más de 900 Ma se separaron hongos y animales. Hace más de 750 Ma un ancestro común de animales ya había perdido la pared celular y, pese a ser unicelular, tenía genes relacionados con la pluricelularidad (diferenciación celular, adhesión y comunicación). Estas fechas y datos se obtienen por filogenia molecular.

El camino para los animales estaba preparado. Fueron razones genéticas, ambientales y ecológicas las que fueron dando las distintas "ramas" de seres pluricelulares de la "rama" animal (actualmente se conocen más de 34 phyla animales).

Las esponjas, ya con registros fósiles, datan de hace unos 750 Ma. A partir de ahora ya se tienen registros fósiles que corroboran lo que dice la filogenia molecular (aunque es a partir de la explosión cámbrica cuando la abundancia de fósiles permitirá mayor precisión en las afirmaciones)

Hasta hace 550 Ma la fauna ediacara (caracterizada por cuerpos blandos, algunos de ellos con órganos sensoriales, que vivían en fondos marinos y aparentemente sin depredación entre ellos) se cree que era la única existente. Pero desaparecieron muchísimos, por razones que no se conocen exactamente, coincidentes con épocas de glaciaciones.

Y llegó la denominada explosión cámbrica (hace entre 540 y 530 Ma)

Aparecieron las partes duras (exoesqueletos, conchas u otras). Aparecieron los trilobites.
En esa "explosión" surgieron los artrópodos y de ellos hace más de 400 Ma los insectos que colonizaron el medio terrestre hace unos 300 Ma (encontrándose allí con las plantas, como más abajo se indica). Los insectos son la clase más exitosa y variada de todo el reino animal.
Pero también surgieron en esa "explosión" los cordados, unos animales con espina dorsal longitudinal y esqueleto cartilaginoso (por ejemplo Pikaia). Y de ellos surgieron los peces hace ya unos 500 Ma (el primero del que se tienen constancia es Astraspis). Posteriormente la evolución mineralizó esos esqueletos cartilaginosos y los transformó en huesos.

Por otro lado las plantas habían evolucionado. Y fueron ellas las primeras que abandonaron los océanos hace unos 450 Ma cambiando la orografía terrestre y la química de la atmósfera. Al principio fueron Gimnospermas pero hace unos 100 Ma aparecieron las Angiospermas (flores que producen frutos con semillas). Decir también que los hogos colonizaron tierra firme después que las plantas, algo obvio cuando pensamos que son organismos heterótrofos.

Y un pez soñó.

El esqueleto óseo permitió que unos peces se aventurarán a salir del agua (los huesos les permitían soportar el peso del propio organismo fuera del agua). Hace unos 370 Ma evolucionaron y surgieron los anfibios. En los peces había surgido como medio de reproducción los huevos, pero maduraban fuera, en el medio acuático. Poco a poco en los anfibios la evolución fue alterando esto y al final el huevo se desarrolló completamente en el interior de la hembra. Además la evolución también eliminó las aletas de los peces en los anfibios transformándolas en cuatro extremidades.

Hace unos 310 Ma, cuando ya existía el súper-continente Pangea, surgieron los reptiles como evolución de los anfibios. Y de estos hace unos 230 Ma los dinosaurios, que dominaron tierra, mar y hasta el aire; pero hace unos 65'5 Ma desaparecieron por el impacto de un inmenso meteorito (esa es la causa más probable según los expertos).

De una rama de los dinosaurios (no de la voladora sino de unos que andaban a dos patas y que habían desarrollado plumas) surgieron las aves hace unos 150 Ma.

Pero los mamíferos surgieron por evolución de los reptiles hace unos 220 Ma. Eran pequeños, convivieron con los dinosaurios y cuando estos se extinguieron llego su momento. Aunque al principio fueron ovíparos el huevo interno acabó transformándose en placenta y también surgieron todas las modificaciones evolutivas que ahora observamos en ellos.

Y el último párrafo de esta parte me ha gustado mucho, pero al final me defraudo un poco porque yo esperaba encontrar alguna palabra más. Así que copio aquí la parte y añado en negrita lo que yo hubiera escrito:

"Entre los múltiples descendientes de ese pez ancestral que conquistó tierra firme, entre los hijos de Astraspis y Pikaia, de LECA y de LUCA, de las proto-células que comenzaron a reproducirse, de los primeros polímeros y monómeros biológicos, de las moléculas orgánicas más sencillas y de los gases de nuestra atmósfera primitiva... entre los herederos de esa trayectoria evolutiva que hunde sus raíces en los orígenes químicos de los seres vivos, hace aproximadamente 70 Ma comenzaron a saltar sobre una de las múltiples ramas del árbol de la vida unos pequeños mamíferos: los primates... de los que finalmente has surgido tú"

 Y a debate yo solo traigo una cuestión: LA MUERTE.

Si lo pienso quizás sea obvio que, aquellas especies en las que desaparecen organismos de su misma especie son más adaptativas (pues se eliminan competidores). Que eso al final generara etapas en el ciclo vital y que finalmente apareciera la muerte como algo insalvable para esa especie quizás lo pueda aceptar. Pero, ¿lo mismo no es por eso? Se me ha quedado muy poco claro ese tema, quiero saber más de la muerte. Quiero saber lo que pensáis vosotros de la aparición de la muerte, quiero saber si sabéis algo más sobre este asunto.
Obviamente, si vosotros queréis sacar otro tema a debate no os cortéis. Había muchas otras posibilidades (por ejemplo, me han surgido dudas sobre paredes celulares y citoesqueletos ¿se desarrolló un citoesqueleto existiendo paredes celulares? ¿fagocitaban teniendo paredes celulares?...) pero al final he preferido dejar solo "la muerte". Pero tú no lo dudes ¡añade más!

 

Nota final: por supuesto si veis algún error comunicármelo. Es complejo esto de resumir sin ser un experto. He podido malinterpretar, obviar y hasta incluso añadir cosas de manera errónea.

 

Saludos, y os animo a que participéis a partir de la semana que viene en #Orígenes/Humanos

Orígenes. La vida. Capítulo 9. Bacterias y Arqueas

A las bacterias y las conocemos todos, pero las arqueas no son tan conocidas. En este capítulo el autor nos habla de ambas.

Partiendo de LUCA, del que ya hemos aprendido mucho en otros capítulos, casi todas las reconstrucciones indican que primero hubo dos dominios: Bacteria y un dominio que englobaba a los dominios Archaea y Eukarya. Posteriormente el último, se separó en Archaea y Eukarya.

Las bacterias son muy conocidas por todos pero, ¿qué son las arqueas? Las arqueas se diferencian de las bacterias en varios aspectos:

-          composición de las membranas

-          maquinaria de la replicación del ADN. Las arqueas se parecen más a las eucariotas.

Además, se piensa que las arqueas tienen un ancestro común hipertermófilo.

Halobacteria o Haloarchaea. es una clase de arqueas que se encuentran en el agua saturada o casi saturada de sal

Las bacterias se diversificaron en multitud de phyla, probablemente más de 30, mientras que las arqueas, a partir de su LUCA particular llamado LACA (Last Archaeal Common Ancestor) solo se diversificaron en dos:

-          Euryarchaeota, que incluye organismos capaces de producir metano.

-          Proteoarchaeota, que incluye organismos hipertermófilos, mesófilos y psicrófilos

Más adelante, a partir de la combinación de ciertas bacterias y arqueas se formaron los eucariotas.

En este capítulo también nos hablan de cómo hemos llegado a ser seres capaces de respirar oxígeno. El oxígeno, durante mucho tiempo, era un gas tóxico para los seres vivos ya que se habían desarrollado en un ambiente anóxico.

Las primeras bacterias y arqueas vivían en un ambiente sin oxígeno así que adaptaron sus metabolismos a esta ausencia realizando una fotosíntesis anoxigénica para captar la energía del sol y fijar CO₂.

Posteriormente se originó la fotosíntesis oxigénica que ya generaba oxígeno.. De esta manera cuando se acumuló suficiente oxígeno, éste empezó a liberarse a la atmósfera. La presencia de oxígeno en la atmósfera se puede considerar como una señal de vida en un planeta.

Para terminar, este capítulo nos habla de los organismos extremófilos. Existen de muchos tipos, los que resisten el frío extremo (psicrófilos), los que resisten temperaturas muy altas (hipertermófilos), los que viven en ambientes muy ácidos (acidófilos) o muy alcalinos (alcalófilos). También hay organismos que soportan altas presiones (barófilos) o grandes cantidades de radiación ultravioleta (radiotolerantes). Tenemos organismos muy “salados” que viven en un entorno de alta salinidad (halófilos) y los que viven en lugares de extrema aridez (xerófilos).

España es un país ideal para estudiar algunos de estos organismos extremófilos debido a que tenemos río Tinto en nuestra geografía.

Rio Tinto

A parte de saber que os ha parecido el capítulo, me gustaría haceros dos preguntas:

-          Las bacterias son muy conocidas, pero ¿por qué no son tan conocidas las arqueas? ¿Creéis que tienen alguna “utilidad” biológica actualmente como las bacterias que forman parte de nuestro cuerpo?

-          ¿Qué tipo de extremófilo creéis que será el primero en descubrirse fuera de la tierra? Yo apuesto por los radiotolerantes.

¡Buena semana!

Orígenes. La vida. Capítulo 8. La evolución de la vida

En este capítulo vamos a intentar comprender cómo se ha estudiado la evolución históricamente hasta la actualidad.

Comenzamos con las claves de la evolución biológica

Imagen tomada de biotay.blogspot.com.es/

La duración de la vida de un humano no nos permite observar en directo los cambios que se producen generación tras generación. Desde un punto de vista centrado en nosotros la evolución es lenta.
Una mutación o cambio en el genotipo se produce entre millones de replicaciones, es muy difícil de localizar. El ADN comete pocos fallos y necesitamos una acumulacíon de ellos para poder observarlo.
¿Cómo hemos llegado entonces a tenerlo tan claro?
Hagamos un rápido repaso histórico sobre cómo hemos ido estudiando el tema:
Aristóteles, mejor dicho, su escuela, realizó los primeros estudios de morfología comparada.
Durante demasiado tiempo el conocimiento no fue importante y pocos avances se produjeron sobre este complicado tema.

Siglo XVIII
El Conde de Buffon ya hablaba de variaciones sucesivas en el ámbito de la biología.
Hutton, un conocido en este blog, estudió los cambios geológicos como evolutivos.

Siglo XIX
Lamarck ya habla de evolución biológica, todo desciende de otra especie, aunque su explicación no sea correcta. Por los últimos datos que tenemos quizás en EEUU todavía mucha gente siga sus ideas.
Weels introduce el concepto de selección natural.
Saint-Hilarie dice que aunque hay correspondencia de órganos entre distintas especies las formas de los mismos cambian.
Lyell crea el uniformismo, los cambios se producen todo el tiempo y de forma gradual.
Darwin, quien reconoce el mérito de Lamarck, no considera el cambio como una necesidad previa sino que son las variaciones las que favorecen  no la adaptación llevando dichos cambios a una separación de la original creando una nueva especie. Aparece la divergencia y la novedad
"No es la más fuerte de las especies la que sobrevive, ni la más inteligente, sino la que responde mejor al cambio"
Esta nueva visión de un mundo en evolución deja a un lado el origen divino de las especies. La evolución es un ajuste menor en la biodiversidad aunque de una importancia increíble.
Wallace, coautor de la teoría de la evolución y catalizador de su publicación, no llegó a ser tan profundo en sus aportaciones pero debe aparecer en cualquier resumen.
Ambos desconocían los trabajos de Mendel por lo que demostraron gran intuición.

Siglo XX
Haldane, Fisher y Wright crean la Teoría sintética de la evolución que integra evolución y genética como base de la misma.
Los fallos en la replicación producen cambios fenotípicos, así el error es la base de la evolución. La mayoría de los cambios son perjudiciales pero las mejoras conceden una ventaja que permitirán que la nueva especie se imponga cuando haya un cambio en el medio que les haga competir.
Otra fuerza evolutiva es la cooperación, simbiosis, que hace mucho más eficientes a ambas especies.
Kimura explica que muchas mutaciones no producen cambios fenotípicos. La deriva genética se muestra como otra de las fuerzas evolutivas.
Si añadimos la transferencia génica horizontal ya estamos preparados para estudiar todo el proceso evolutivo.

Podemos crear un árbol de la evolución en el que se van diferenciando especies de un tronco común pero los datos nos muestran que no existe la linealidad con la que lo solíamos representar, tendríamos que hablar de arbusto para ser más exactos.

La evolución no está dirigida sino que se produce al azar y se fija con las adaptaciones al medio. Y más concretamente se conforma con con lo que funcione de entre lo que la química empezó a separar, con la aparición de las membranas, de la tendencia al equilibrio termodinámico.
Un símil muy acertado es pensar en muchos albañiles construyendo casas con pequeñas variaciones, la que más resistan servirán para, a partir de ellas, construir otros edificios.
Se nos muestra visión en la que un ser vivo es albañil y edificio en un proceso sin fin.

Es necesario que tengamos pruebas que apoyen nuestras teorías, en este caso los seres de los provienen los que hoy podemos observar no existen. Nos apoyaremos en los fósiles como huellas de la evolución.

La paleontología estudia los fósiles para reconstruir los caminos evolutivos de los seres vivos.
Para que un fósil pueda ser descubierto no sólo hay que encontrarlo, que ya es difícil. El espécimen debe contener partes duras o consistentes para mantener su forma, ser enterrado en condiciones anaerobias, permanecer allí hasta que se mineralice y que la roca no sea modificada en los procesos en los que se vea envuelta durante los millones de años que tarde en ser descubierta.
Si somos tan afortunados de encontrar uno bien conservado podremos extraer ADN. Bueno, no tan deprisa. Después de los 7 Ma (millones de años) las secuencias no se conservan íntegras. Sólo podremos hacer buenos estudios sobre, por ejemplo, humanos, no más allá. Nos quedamos sin Parque Jurásico y sin la todavía más prometedora serie sobre la explosión Cámbrica.

Los avances en la materia nos permiten llegar un poco más lejos. El colágeno se mantiene bien conservado hasta 80 Ma y se pueden comparar cambios entre especies. Se han conseguido informaciones incompletas de hasta 700 Ma y llegamos a saber sobre microbios de 3500 Ma, los estromatolitos.
El estudio de biomarcadores moleculares en rocas nos podría ayudar a conocer el medio en el que se originó la vida. Pero no disponemos de rocas tan antiguas. En rocas de 2700 Ma se han podido caracterizar lípido que podrían formar membranas celulares, en este caso han sido alterados por la diagénesis de la roca.

Termina el capítulo estudiando los genomas

La hipótesis de trabajo emitida por Zukerkland y Pauling y el trabajo de Sanger han permitido comparar genes y seguir avanzando. Si encontramos un gen que muestre una tasa de mutación constante en el tiempo y lo comparamos entre dos especies actuales podremos tener una idea de cuánto tiempo hace que divergieron de un antepasado común. Nos sirve también una proteína codificada por él. Podemos ser capaces de crear árboles filogenéticos moleculares.
Los genes elegidos no deben estar implicados en transferencias génicas horizontales (para que la variación sólo se deba a mutación). También deben evolucionar a una velocidad compatible con la distancia taxonómica de las especies, más lento si se separaron hace más tiempo (para que haya variaciones pero no demasiadas).
Es bastante complicado pero es un camino. Distintos genes seleccionado marcan tiempos diferentes pero si nos apoyamos en el registro fósil sí encontramos avances significativos.

Ya estamos preparados para regresar al principio de todo. Necesitamos un gen común a todos los seres vivos y, por lo tanto, fundamental para la vida. Woese y Fox eligieron un ribosomal que finalmente demostró la existencia de LUCA y los tres linajes que derivan de él.
Repetidos los estudios con otros genes aparece como más probable la separación inicial de Bacteria para luego separarse Archaea y Eucarya.
Sin embargo estas técnicas tampoco nos permiten volver más allá de LUCA.

Pincha para ver la fuente

Temas propuestos para comentar:

- La importancia de Lamarck
- Si seguimos avanzando a este ritmo en genética comparada, ¿crees que podremos conocer cómo fue LUCA?
- ¿Prefieres la idea de un LUCA o de una comunidad como propone el profesor Doolittle?

Buen finde y mejor semana

Orígenes. La vida. Capítulo 7. De las primeras células a LUCA

En este capítulo, sobre los orígenes de la vida, llegamos a la etapa donde se forman las primeras células y avanzamos hasta LUCA.

Cuando leí por primera vez el nombre de Luca, me pareció entrañable. Luca, nuestro antepasado común con todo ser vivo de la tierra, tenía un nombre que mi hijo le podría haber puesto a uno de sus peluches. Pero seguidamente leí que eran las siglas de “last universal common ancestor” y reconozco que esto le quitó algo de calidez al nombre :D.

A la izquierda, microfósiles descubiertos por Schopf (1993) en Australia, con una antigüedad de 3.465 Ma. A la derecha un peluche como Luca en mi imaginación (¡no hay tanta diferencia! ;)).

LUCA no es el primer ser vivo. Y puede que ni tan solo fuera una especie celular única, sino una comunidad de especies que intercambiaban libremente sus genes… la idea de Luca como peluche se va diluyendo ;).

Los primeros seres considerados como vivos fueron los sistemas que tenían acoplamiento de compartimento, metabolismo y genoma. Que es el camino hacia la formación de las primeras células.

Hacia el Mundo DNA/RNA/proteínas

Situémonos en las primeras proto-células que, según el modelo actual del Mundo RNA, estarían formadas por membranas transductoras de energía que contendrían: monómeros variados, péptidos intracelulares y transmembrana, catalizadores orgánicos e inorgánicos, y además moléculas de RNA (con capacidades tanto informativas como catalíticas).

En esta etapa las ribozimas con actividad RNA ligasa podrían haber sido las promotoras del ensamblaje modular de un genoma de RNA progresivamente más largo, que sería replicado (cometiendo muchos errores de copia) por ribozimas RNA polimerasas contenidas en el propio genoma.

Estas proto-células constituían auténticos sistemas evolutivos pues la replicación de su genoma incluía la reproducción del compartimento.

Mientras, en la evolución de las ribozimas peptidil-transferasa a los ribosomas, se fue mejorando el proceso de traducción de la información mantenida en el genoma. Sintetizándose diferentes proteínas, y algunas de las cuales - las funcionales - permitirían mejorar la viabilidad. Las proteínas (por evolución) se irían encargando cada vez más de las actividades catalíticas y del transporte a través de membrana; la eficacia de los ribosomas crecería, y gracias (en parte) a la transferencia génica horizontal mediada por virus RNA, el genoma sería cada vez más largo.

Pero uno de los cambios más importantes para la historia de los seres vivos fue la reducción de ribonucleótidos a desoxirribonucleótidos, es decir nuestro DNA. Un sistema mucho más adecuado para almacenar información genética, pero (probablemente) sin las capacidades catalíticas del RNA. Y las proteínas se convirtieron en casi las únicas responsables de las funciones estructurales y catalíticas de la proto-célula. No obstante los ribosomas, algunas ribozimas y su papel en la regulación de la transcripción quedarían para la historia como testigos de la extraordinaria capacidad funcional del RNA, la macromolécula clave en el origen de la vida.

Y así fue como se estableció el nuevo Mundo DNA/RNA/proteínas.

El tamaño del DNA (sobre todo por la duplicación de genes), su complejidad y su eficiencia aumentó progresivamente.

Según algunos modelos computacionales, sería posible originar un genoma complejo (de en torno a 10 millones de nucleótidos) en tan sólo 7 Ma.

Los primeros metabolismos

En esta sección se nos plantea qué tipo de metabolismo pudieron tener las primeras células o (dicho de forma más precisa) las primeras fuentes de energía externa que permitieron a una célula producir el potencial electroquímico de protones a través de la membrana (y que posteriormente puede utilizar la célula para transportar nutrientes de fuera hacia dentro, para generar calor o movimiento, o para producir ATP gracias a la acción de una H+ATPasa).

Para ello el autor repasa brevemente las clasificaciones de los metabolismos. La denominación de los diferentes metabolismos depende de tres variables clasificatorias:

La primera clasificación es por cómo obtiene el organismo su fuente de energía:

• Fotótrofos: Son los organismos capaces de emplear la luz del Sol como fuente de energía, mediante procesos de fotosíntesis.
• Quimiótrofos: Son los seres vivos que pueden extraer la energía de ciertos compuestos químicos (orgánicos o inorgánicos) empleando distintas rutas metabólicas.

La segunda es por los tipos de compuestos químicos con los que funcionan:

• Litótrofos: Moléculas reducidas o ricas en electrones que los transferirán a la maquinaria metabólica durante el proceso. Estas pueden ser compuestos inorgánicos (p.e. H2O).
• Organótrofos: Moléculas orgánicas que son los sustratos para construir las biomoléculas del ser vivo (p.e. los aminoácidos).

La tercera clasificación es en cuanto a la fuente de carbono del organismo:

• Autótrofos: si lo consiguen fijando el carbono inorgánico del CO2 presente en la atmósfera o disuelto en el agua.
• Heterótrofos: si lo obtienen a partir de compuestos orgánicos producidos previamente por otros organismos, o bien, en la Tierra primitiva, aportados por meteoritos o cometas.
• Mixótrofos: si pueden conseguirlo de una u otra fuente.

Combinando estas tres variables, la denominación global de cada tipo de metabolismo se realiza uniendo los prefijos correspondientes. Actualmente se conocen cinco grupos de metabolismos: foto-lito-autótrofos (p.e. las plantas), foto-organo-heterótrofos (p.e. las bacterias púrpura no del azufre), quimio-lito-autótrofos (p.e. las bacterias oxidadoras del azufre), quimio-lito-heterótrofos (p.e. algunas especies del género Nitrobacter), y por último quimio-organo-heterótrofos (p.e. los animales).

Pero pasemos a los primeros seres vivos. ¿De qué tipo eran en cuanto a la fuente de carbono? Hay discrepancias entre si fueron autótrofos o heterótrofos.

Aunque inicialmente Oparin y Haldane pensaron en un origen heterotrófico, ciertos descubrimientos en los últimos 60 años (como la hipótesis del mundo de hierro y azufre asociado a sistemas hidrotermales submarinos) hacen apoyar la posibilidad de un origen autotrófico de la vida.

La abundancia relativa de los isótopos de carbono presentes en rocas sedimentarias con una antigüedad de 3.800 Ma, encontradas en Groenlandia, podría indicar un sistema biológico de fijación de CO2 ya desarrollado, compatible con un origen basado en quimiolitoautotrofía.

300 Ma después probablemente ya existían células en nuestro planeta, aunque el metabolismo que utilizaban aún es una incógnita.

Pero no se debe excluir la posibilidad de que diferentes tipos de células hubieran explorado simultáneamente las múltiples opciones de aprovechamiento metabólico.

LUCA, el antepasado común

Y llegamos a LUCA (sección que desmonta al peluche que me había imaginado ;)) que es la única línea evolutiva superviviente del proceso de diversificación iniciado en el mundo celular anterior.

Lo sabemos porque las técnicas de filogenia molecular desarrolladas han permitido corroborar que LUCA realmente existió y podemos inferir muchas de sus propiedades. Fue una especie unicelular y sin núcleo definido, que morfológicamente se parecería a los procariotas que conocemos. Ya tenía ribosomas plenamente funcionales y muy parecidos a los actuales, y en él se había consolidado el flujo de información genética como DNA→RNA→Proteínas.

Para saber cómo podría ser el genoma de LUCA, se están comparando todos los genomas completos secuenciados en busca de los genes comunes a los seres vivos pertenecientes a los tres dominios.

Así, en la actualidad se considera que LUCA debería de tener un mínimo de 600 genes, con los cuales sería teóricamente posible construir la maquinaria de replicación (no completa), y de transcripción y traducción (éstas muy completas), además de satisfacer todas las necesidades metabólicas básicas de las células tal como las conocemos, lo que garantizaría su reproducción.

Pero se han considerado células viables con menos de 208 genes. Aunque si realmente existió una especie tan simple, en algún momento anterior a LUCA, tuvo que realizar un recorrido evolutivo largo y complejo (que, entre otras cosas, implicaría triplicar la longitud de su genoma) en el camino hacia nuestro último ancestro común.

En cuanto a sus características metabólicas se asume que LUCA sintetizaba ATP a partir de un potencial de membrana, utilizando una H+-ATPasa similar a las actuales. La mayor parte de expertos se inclinan en que el metabolismo de LUCA fue quimiolitoautotrófico o quimiolitoheterotrófico. Es decir hay dudas sobre la fuente de carbono que utilizaría, pero se cree que obtendría la energía y el poder reductor a partir de compuestos inorgánicos.

Las redes catalíticas implicadas en el metabolismo central de LUCA serían prácticamente las mismas que en todos los organismos actuales.

Existe un amplio consenso sobre el hecho de que hace unos 3.500 Ma nuestro planeta estaba poblado por diferentes especies celulares herederas de LUCA, y que establecían relaciones ecológicas entre sí.

Desde entonces la evolución propició la ocupación del mar, la tierra y el aire por múltiples y diversas formas de vida. Y nuestro planeta ha sido profundamente modificado por esta vida.

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Y la cuestión estándar: ¿Qué os ha parecido el capítulo? :) ¿Y LUCA?

¡Que tengáis una feliz semana!