Hace miles de millones de años, en un mundo hostil y en constante cambio, muy diferente al actual, dos microorganismos dispares estuvieron unidos para siempre. Uno engulló al otro, o el otro pudo haber invadido al primero, y de esta extraordinaria fusión surgió el primero. … Las células complejas son el ancestro común de todos los animales, plantas y hongos de la Tierra actual. A este fenómeno lo llamamos “endosimbiosis” y es la piedra angular de nuestra existencia. De hecho, sólo después de eso pudieron aparecer los primeros animales.
Pero hay un problema. Esta pregunta sin respuesta ha desconcertado a los científicos durante casi un siglo. La teoría es que esta fusión se produce entre arqueas (el huésped) y bacterias (los inquilinos que eventualmente se convertirán en nuestras mitocondrias, los centros de energía de nuestras células). El problema es que las bacterias necesitan oxígeno para sobrevivir, y las arqueas se consideran anaerobias, criaturas de las profundidades marinas para las que el oxígeno es nada menos que un veneno mortal. Entonces, ¿cómo pueden vivir juntos sin matarse unos a otros? ¿Cómo se encontraron si vivían en mundos químicos opuestos? Esta es una paradoja irresoluble. hasta ahora.
El antepasado que salió de la oscuridad.
De hecho, un equipo de científicos de la Universidad de Texas en Austin acaba de publicar un estudio en la revista Nature que resuelve el misterio. Resulta que nuestro tatarabuelo microbiano no era un ermitaño que se protegía del oxígeno en las profundidades del océano. Al contrario: ahora puedo respirar.
Para llegar a estas conclusiones, los investigadores se centraron en las Archaea asgardianas, un grupo de microorganismos descubiertos hace más de una década que son considerados nuestros parientes procarióticos más cercanos. Dentro de este grupo, descubrieron que una clase específica, la Heimdallarchaeia (llamada así por el dios nórdico Heimdall que custodiaba el puente a Asgard), no sólo toleraba el oxígeno, sino que también lo utilizaba activamente.
La teoría clásica tiene un agujero inexplicable: ¿Cómo se encuentran y fusionan un microorganismo que necesita oxígeno y otro que necesita oxígeno?
Brett Baker, uno de los autores principales del estudio, explica: “La mayoría de los organismos asgardianos vivos hoy en día se encuentran en ambientes sin oxígeno. Pero resulta que los más estrechamente relacionados con los eucariotas viven en lugares donde hay oxígeno disponible, como en sedimentos marinos poco profundos y flotando en la columna de agua, y tienen muchas vías metabólicas que utilizan oxígeno. Todo esto sugiere que nuestros ancestros eucariotas también pueden haber tenido estas habilidades”.
ADN de 15 TB
Este descubrimiento no fue fácil. Al contrario, requiere un enorme esfuerzo de “minería” genética. Pero el equipo, dirigido por la investigadora Kathryn Appler (actualmente en el Instituto Pasteur de París), fue más allá de las observaciones microscópicas. También recopilaron datos de múltiples expediciones oceánicas y procesaron casi 15 terabytes de ADN ambiental. Es el equivalente a intentar reconstruir miles de libros que fueron destrozados y mezclados.
Pero lo hicieron y, a partir de este lío de datos, lograron ensamblar más de 13.000 nuevos genomas microbianos, duplicando la diversidad genómica conocida de las arqueas asgardianas.
Nuestros procariotas más cercanos, los Heimdallarchaeia, no viven solos en el fondo del abismo: habitan zonas costeras ricas en oxígeno, preparados para dar un salto evolutivo
“Estas arqueas de Asgard a menudo se pasan por alto en la secuenciación de baja cobertura”, explica Appler. “Pero los esfuerzos de secuenciación a gran escala y la estratificación de estructuras y métodos de secuenciación nos permiten ver patrones que no eran visibles antes de la expansión del genoma”. “
Para ello utilizan tecnología de última generación. De hecho, el equipo utilizó la famosa inteligencia artificial ApohaFold2 de Google (ya en su tercera versión y aún más potente), que es capaz de predecir la forma de las proteínas, lo que permite a los científicos analizar las herramientas moleculares de estas arqueas. ¿El resultado? Las proteínas Heimdallarchaeia se pliegan en formas similares a las células que utilizamos hoy para generar energía a partir del oxígeno.
gran oxidación
El descubrimiento encaja bien con lo que los geólogos saben sobre la historia de la Tierra. Sabemos que hace unos 1.700 millones de años (mucho después del primer “Gran Evento de Oxidación”, hace 2.400 millones de años), los niveles de oxígeno en la atmósfera y los océanos experimentaron un nuevo pico espectacular.
Bueno, en ese momento, en un mundo donde la mayoría de los organismos estaban “envenenados” por el oxígeno en ese momento, nuestros antepasados Heimdala descubrieron una ventaja: en lugar de huir, se adaptaron. Aprendieron a aprovechar los gases reactivos para ganar más energía. Fue en este contexto, en un ambiente rico en oxígeno, que encontraron bacterias productoras de mitocondrias. No se trata de un encuentro forzado entre dos desconocidos incompatibles, sino de la unión de dos organismos que ya “hablan el mismo lenguaje metabólico”.
En palabras de Baker, “El hecho de que nuestros antepasados, algunos asgardianos, fueran capaces de utilizar oxígeno encaja muy bien con esto. El oxígeno estaba presente en el medio ambiente y los asgardianos se adaptaron a él”. Descubrieron las ventajas energéticas del uso de oxígeno y luego evolucionaron hasta convertirse en eucariotas.
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