Un equipo internacional de investigadores, liderado por científicos de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf, propone que las primeras células capaces de vivir de manera independiente no habrían surgido una sola vez, sino en dos ocasiones distintas. De confirmarse, esta hipótesis cambiaría radicalmente la comprensión que tienen los científicos sobre el origen de la vida.
El estudio, publicado en Science Advances, concluye que las bacterias y las arqueas —los dos grandes grupos de microorganismos más antiguos del planeta— habrían desarrollado por separado la capacidad de vivir fuera de los sistemas hidrotermales donde evolucionaron sus ancestros. Según los autores, ambos linajes compartieron un origen común, pero alcanzaron la vida libre siguiendo caminos independientes.
Un ancestro común que aún dependía del entorno
El análisis reveló que el Último Ancestro Común Universal (LUCA), considerado el antepasado de todos los seres vivos actuales, solo disponía de enzimas para aproximadamente la mitad de las 420 reacciones químicas que forman parte del metabolismo. La otra mitad dependía de metales presentes de forma natural en el ambiente donde vivía.
Para llegar a esta conclusión, los investigadores no se limitaron a comparar genes. También analizaron genomas, estructuras de proteínas y esas 420 reacciones químicas del metabolismo, es decir, el conjunto de procesos que permiten a las células producir aminoácidos, vitaminas, bases del ARN y otros compuestos esenciales para la vida.
El equipo científico identificó cuatro fases en la evolución de la catálisis, el proceso que acelera las reacciones químicas del metabolismo. En un primer momento habrían actuado únicamente los metales presentes en el entorno; luego apareció una etapa híbrida en la que convivían metales y enzimas; y finalmente, las bacterias y las arqueas siguieron caminos evolutivos separados y desarrollaron nuevas enzimas capaces de reemplazar progresivamente a los catalizadores inorgánicos.
"Podemos observar casos en los que los antepasados de las bacterias y las arqueas desarrollaron de manera independiente enzimas con estructuras diferentes para catalizar la misma reacción metabólica esencial. Esas invenciones paralelas podrían haber allanado el camino para la aparición independiente de bacterias y arqueas de vida libre", señaló la bióloga Natalia Mrnjavac, autora principal de la investigación.
William Martin, autor principal del estudio, explicó que lo sorprendente es que las enzimas que catalizan esas reacciones no se conservaron a través de la división evolutiva que separa a las bacterias y las arqueas. "Descubrimos que LUCA poseía enzimas para solo alrededor de la mitad de las reacciones del metabolismo. La otra mitad era catalizada por metales presentes en el entorno donde surgió LUCA", detalló.
El trabajo también plantea que los metales desempeñaron un papel mucho más importante de lo que se creía durante las primeras etapas de la evolución. Según los investigadores, esto indica que aquel ancestro todavía no era una célula completamente independiente, sino un organismo estrechamente ligado a las condiciones químicas de los sistemas hidrotermales.
La investigadora Manon Schlikker afirmó: "Identificamos una nueva fuente de energía en el origen del metabolismo. Cuando hacemos reaccionar fosfito con compuestos orgánicos, obtenemos reacciones de fosforilación metabólica durante la noche en agua. El fosfito y el paladio sustituyen al ATP y a las enzimas; es sorprendente y hace que la evolución temprana sea mucho más fácil de comprender".
En los experimentos, el equipo comprobó que el fosfito —una forma de fósforo que se encuentra de manera natural en los sistemas hidrotermales— podía reaccionar con el paladio y generar fosforilación sin depender de ATP ni de enzimas. Esto resulta clave porque, aunque hoy las células usan ATP para almacenar y transferir energía, esta molécula necesita enzimas para formarse, por lo que difícilmente estuvo disponible en los albores de la vida.
Los investigadores sostienen que el código genético tuvo un único origen, pero que las primeras células capaces de vivir de forma independiente evolucionaron por separado en los linajes que dieron lugar a las bacterias y a las arqueas. Esta hipótesis, basada en los nuevos hallazgos sobre la fuente energética que impulsó las primeras reacciones metabólicas, ofrece una perspectiva renovada sobre uno de los episodios más importantes de la historia de la vida en la Tierra.
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