Nuevos hallazgos sugieren que la vida compleja comenzó a formarse mucho antes y durante un período mucho más extenso de lo que se entendía previamente. El estudio ofrece una nueva perspectiva sobre las condiciones ambientales que sustentaron la evolución temprana y desafía varias ideas ampliamente aceptadas sobre cuándo aparecieron por primera vez características celulares avanzadas.
Liderada por la Universidad de Bristol y publicada en Nature el 3 de diciembre, la investigación demuestra que los organismos complejos comenzaron a desarrollarse mucho antes de que los niveles de oxígeno en la atmósfera aumentaran significativamente. Hasta ahora, muchos científicos creían que una abundante cantidad de oxígeno era esencial para la emergencia de la vida compleja.
«La Tierra tiene aproximadamente 4.500 millones de años, y las primeras formas de vida microbiana aparecieron hace más de 4.000 millones de años. Estos organismos consistían en dos grupos: bacterias y arqueas, distintas pero relacionadas, conocidas colectivamente como procariotas», explicó la coautora Anja Spang, del Departamento de Microbiología y Biogeoquímica del Instituto Real de Investigación del Mar de los Países Bajos.
Durante cientos de millones de años, los procariotas fueron los únicos organismos vivos en el planeta. Eventualmente, evolucionaron células eucariotas más complejas, dando origen a algas, hongos, plantas y animales.
Repensando los Orígenes de los Eucariotas
Davide Pisani, profesor de Filogenómica en la Escuela de Ciencias Biológicas de la Universidad de Bristol y coautor, señaló: «Las ideas previas sobre cómo y cuándo los procariotas tempranos se transformaron en eucariotas complejos se han basado en gran medida en la especulación. Las estimaciones han abarcado mil millones de años, ya que no existen formas intermedias y la evidencia fósil definitiva ha sido escasa.»
Para arrojar luz sobre esta transición largamente debatida, el equipo amplió el método existente de los ‘relojes moleculares’, una herramienta utilizada para estimar cuándo diferentes especies compartieron un ancestro común.
«El enfoque fue doble: al recopilar datos de secuencia de cientos de especies y combinarlos con evidencia fósil conocida, pudimos crear un árbol de la vida resuelto en el tiempo. Luego, pudimos aplicar este marco para resolver mejor la sincronización de eventos históricos dentro de familias de genes individuales», explicó el coautor principal, el profesor Tom Williams, del Departamento de Ciencias de la Vida de la Universidad de Bath.
Un Comienzo Mucho Más Temprano para la Complejidad Celular
Los investigadores examinaron más de cien familias de genes en múltiples sistemas biológicos y se centraron en los rasgos que separan a los eucariotas de los procariotas. Esto les permitió reconstruir una imagen más clara de cómo se desarrollaron las características celulares complejas.
Sus resultados indican que el cambio hacia la complejidad comenzó hace casi 2.900 millones de años, casi mil millones de años antes que algunas estimaciones anteriores. La evidencia sugiere que estructuras como el núcleo surgieron antes que las mitocondrias. «El proceso de complejización acumulativa tuvo lugar durante un período de tiempo mucho más largo de lo que se pensaba», dijo el autor Gergely Szöllősi, jefe de la Unidad de Genómica Evolutiva Basada en Modelos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST).
Estos hallazgos permitieron a los investigadores descartar algunos modelos existentes para la evolución de los eucariotas (eukaryogenesis). Dado que los resultados no coincidían completamente con ninguna explicación actual, el equipo propuso un nuevo escenario llamado ‘CALM’ – Arquea Compleja, Mitocondria Tardía.
Presentando el Modelo CALM
El autor principal, el Dr. Christopher Kay, Investigador Asociado en la Escuela de Ciencias Biológicas de la Universidad de Bristol, dijo: «Lo que distingue a este estudio es que analiza en detalle lo que realmente hacen estas familias de genes, y qué proteínas interactúan entre sí, todo en tiempo absoluto. Ha requerido la combinación de varias disciplinas para lograrlo: paleontología para informar la línea de tiempo, filogenética para crear árboles fieles y útiles, y biología molecular para dar a estas familias de genes un contexto. Fue un gran trabajo.»
«Uno de nuestros hallazgos más significativos fue que las mitocondrias surgieron significativamente más tarde de lo esperado. El momento coincide con el primer aumento sustancial de oxígeno atmosférico», añadió el autor Philip Donoghue, profesor de Paleobiología en la Escuela de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Bristol.
«Esta idea conecta la biología evolutiva directamente con la historia geoquímica de la Tierra. El ancestro arquea de los eucariotas comenzó a evolucionar características complejas aproximadamente mil millones de años antes de que el oxígeno se volviera abundante, en océanos que eran totalmente anóxicos.»
