lunes, 20 de diciembre de 2010

Descifran genoma de hace 3.000 millones de años

Hace unos 580 millones de años, la vida en la Tierra experimentó un cambio radical. Fue entonces cuando se produjo lo que la Ciencia conoce como "explosión del Cámbrico", un periodo durante el que surgieron todas y cada una de las variedades de seres vivientes que, millones de años después, desembocarían en la diversidad biológica que observamos en la actualidad. Desde la aparición de aquellos primeros seres pluricelulares, los fósiles han ido dejando pistas a los paleontólogos para que pudieran seguir, desde entonces y hasta nuestros días, la evolución de miles y miles de formas de vida diferentes.


Pero, ¿y antes? La vida, en forma de seres unicelulares, existe en la Tierra desde hace cerca de 3.700 millones de años. Pero todas las criaturas que vivieron antes de la explosión del Cámbrico eran demasiado "blandas" y ligeras como para dejar fósiles bien definidos. Por eso, establecer los caminos seguidos por la vida durante los 3.000 millones de años que precedieron al Cámbrico es una tarea extraordinariamente difícil. Sin embargo, toda esa multitud de seres primitivos sí que ha ido dejando tras de sí una gran cantidad de fósiles microscópicos: los de su ADN.

Y dado que todos los seres vivos han heredado sus genomas de otras criaturas más antiguas, resulta teóricamente posible ir remontándose, en un extraordinario viaje hacia el pasado, desde el ADN actual hasta sus mismísimos orígenes, perdidos en la noche de los tiempos. Eso es precisamente lo que ha hecho un grupo de biólogos del MIT (Instituto de Tecnología de Massachussetts), sirviéndose de potentes programas informáticos y de modelos matemáticos especialmente diseñados para tal fin.

Utilizando genomas modernos, razonaron los investigadores, debe ser posible reconstruir su evolución en microorganismos antiguos. Y así, combinando toda la información disponible de las más completas librerías genómicas de la actualidad, e introduciendo esos datos en un modelo matemático desarrollado por ellos mismos, los científicos han logrado averiguar cómo esos genomas primitivos evolucionaron hasta los actuales.
Para empezar, Eric Alm y Lawrence David, científicos del MIT, rastrearon cientos de genes de cien genomas modernos hasta su primera aparición en la Tierra, de forma que crearon una especie de "genoma fósil" capaz de decirnos no sólo el momento en que esos genes empezaron a existir, sino también qué clase de criaturas los poseyeron. El trabajo sugiere que la totalidad de este "genoma colectivo", que comparten todas las formas de vida, sufrió una gran expansión entre hace 3.300 y 2.800 millones de años. Un tiempo durante el que, en efecto, surgieron hasta el 27 % de todas las familias de genes conocidos en el presente.

El momento más catastrófico
Debido a que la mayor parte de los nuevos genes que identificaron están relacionados con el oxígeno, Alm y David llegaron a pensar que fue precisamente el surgimiento del oxígeno el responsable de esta expansión. El oxígeno, de hecho, no existió en la atmósfera terrestre hasta hace cerca de 2.500 millones de años, período en el que empezó a acumularse, acabando con la vida de incontables criaturas anaerobias (que viven sin oxígeno) en un evento que la Ciencia conoce como "La gran Oxidación". Para Alm, fue precisamente ese "el acontecimiento más catastrófico en toda la historia de la vida celular, pero no tenemos ningún registro".

Una inspección más detallada, sin embargo, muestra que los genes capaces de utilizar oxígeno no aparecieron hasta el mismísimo final de la expansión del Arcáico de hace 2.800 millones de años, lo que es altamente consistente con las fechas que los geoquímicos han establecido para la Gran Oxidación. En lugar de eso, Alm y David creen haber detectado el nacimiento de la cadena de transporte de electrones moderna, el proceso bioquímico responsable de llevar electrones al interior de las membranas celulares.

El transporte de electrones es necesario para las criaturas que respiran oxígeno y para las plantas y muchos microorganismos durante la fotosíntesis, momento en que obtienen su energía directamente del Sol. Se cree que, precisamente, fue una forma de fotosíntesis basada en el oxígeno la responsable de generar el la cantidad de oxígeno necesaria para provocar la Gran Oxidación. Un evento, por cierto, sin el cual no existiría el aire que respiramos hoy.

Fotosíntesis y respiración
La evolución de la cadena de transporte de electrones durante la Expansión del Arcáico podría, pues, haber desencadenado diversos procesos clave en la historia de la vida, incluidos la fotosíntesis y la respiración. "Nuestros resultados -asegura David- no pueden decir si el desarrollo de la cadena de transporte de electrones fue la causante directa de la Expansión del Arcáico. Aún así, podemos decir que el hecho de tener acceso a una cantidad mucho mayor de energía capacitó a la biosfera para albergar ecosistemas microbianos mucho mayores y más complejos".

Alm y David investigan también la forma en que, después de la Expansión, los genomas microbianos evolucionaron. Observando los metales y las moléculas asociadas a los genes y la manera en que su abundancia y distribución cambió a lo largo del tiempo, los investigadores se dieron cuenta de que iba aumentando el porcentaje de genes capaces de utilizar oxígeno, algo que resulta consistente con los registros geológicos.

"Lo que resulta realmente asombroso en estos hallazgos -concluye Alm- es que prueban que las historias de eventos muy antiguos pueden quedar registradas en el ADN que comparten todos los organismos vivientes. Y ahora que hemos empezado a comprender cómo descodificar esa historia, espero que podremos reconstruir con gran detalle algunos de los primeros eventos en la evolución de la vida".

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