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» » » » » Descifran el genoma de fósiles de hace 3 mil millones de años

Hace unos 580 millones de años, la vida en la Tierra comenzó un período de rápido de cambio llamado la explosión del Cámbrico, un periodo definido por el nacimiento de nuevas formas de vida durante millones de años, que a la larga contribuyó a la diversidad de los animales modernos.



Los fósiles ayudan a los paleontólogos a narrar la evolución de la vida desde entonces, pero esbozar el escenario de la vida en los 3 mil millones de años que precedieron al Período Cámbrico es un gran desafío, ya que las células precámbrianas, de cuerpo blando, rara vez salía dejan su huella fosilizada. Sin embargo, esas formas de vida primitiva dejaron tras de sí una abundancia de fósiles microscópicos: el ADN.

Dado que todos los organismos vivos heredan sus genomas (el paquete de información hereditaria del ADN y el ARN) a partir de genomas ancestrales, los biólogos computacionales del MIT razonaron que podrían utilizar los genomas de hoy en día para reconstruir la evolución de los microbios antiguos. Combinaron la cada vez mayor información de la biblioteca del genoma con su propio modelo matemático, que toma en cuenta la manera en que evolucionan los genes: las nuevas familias de genes pueden nacer y heredar; los genes se cambian o transfieren horizontalmente entre los organismos, y pueden duplicarse en el mismo genoma, y también se pueden perder.

Los científicos han rastreado miles de genes, partiendo de 100 genomas modernos, tras esos primeros genes de la Tierra, y crear un fósil genómico que diga no sólo cuándo los genes existieron, sino qué microbios antiguos poseían estos genes. El trabajo sugiere que, el genoma colectivo de toda la vida existente fue sometido a una expansión hace entre 3,3 y 2,8 mil millones de años, durante la cual, el 27 por ciento de todas las familias de genes existentes en la actualidad llegaron a existir.

Eric Alm, un profesor del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, y Lawrence David, del Departamento de Ingeniería Biológica, que recientemente se doctoró en el MIT y ahora es miembro de la Harvard Society of Fellows, han denominado a este período la Expansión ArcaicaEl artículo sobre su investigación fue publicado en diciembre en Nature.

Debido a que muchos de los nuevos genes identificados se relacionan con el oxígeno, Alm y David pensaron primero que, la aparición del oxígeno pudo ser responsable de la expansión Arcaica. El oxígeno no existía en la atmósfera de la Tierra, hasta que hace unos 2,5 mil millones de años comenzó a acumularse, probablemente matando a un gran número de formas de vida anaerobias en la Gran Oxidación.

"La Gran Oxidación fue probablemente el evento más catastrófico para la historia de la vida celular sobre la Tierra, pero no tenemos ningún registro biológico de ello", señala Alm.

Una revisión más cercana, mostró que los genes que usaban el oxígeno no aparecieron hasta el final de la expansión Arcaica, hace 2,8 mil millones de años, lo que resulta más coherente con la fecha geoquímica que se le asigna a la Gran Oxidación.

Antes del oxígeno, vino el moderno transporte bioquímico de electrones

En cambio, Alm y David creen que han detectado el nacimiento del transporte de electrones moderno, ese proceso bioquímico responsable del transporte de electrones dentro de las membranas celulares. Todos los organismos que respiran oxígeno lo usan para el transporte de electrones, en tanto que las plantas y microbios usan el transporte de electrones durante la fotosíntesis, cuando capturan la energía directamente del sol. Una forma de fotosíntesis llamado fotosíntesis oxigénica se cree que es la responsable de generar el oxígeno asociado con la Gran Oxidación, y responsable además del oxígeno que respiramos hoy día.

La evolución del transporte de electrones durante la expansión Arcaica permitiría varias etapas clave en la historia de la vida, como la fotosíntesis y la respiración, y ambas podrían llevar a que una mucho mayor cantidad de energía fuese recogida y almacenada en la biosfera.

"Nuestros resultados no puedo decir por sí mismos que el desarrollo del transporte de electrones sea la causa directa de la expansión Arcaica", declara David.  "Sin embargo, podemos especular que un mayor continente de energía permitió que la biosfera pudiese acoger más grandes y complejos ecosistemas microbianos".

Cuando los científicos investigaron cómo los genomas microbianos evolucionaron después de la expansión Arcaica, observando los metales y moléculas asociadas con los genes y cómo los fue cambiando dicha abundancia con el tiempo,  Encontraron un progresivo incremento del porcentaje de genes que usaban oxígeno, y de enzimas asociadas con el cobre y el molibdeno, algo que resulta coincidente con el registro geológico de la evolución.

"David y Alm han integrado la genómica y filogenia de una forma innovadora y estimulante, aclarando la evolución temprana de la vida," señaló Andrew Knoll, profesor de Harvard de la historia natural, cuya investigación se centra en la paleontología y biogeología de los períodos Arcaico y Proterozoico. "El alentador para los geólogos, y pinta un panorama de la evolución metabólica bastante consistente con las expectativas geológicas".

"Lo que es realmente notable de estos hallazgos es que demuestran que la historia de muy antiguos acontecimientos se registran en el ADN compartido de todos los organismos vivientes", comenta Alm. "Y ahora que estamos empezando a comprender cómo descodificar la historia, tengo la esperanza de que podamos reconstruir algunos de los primeros eventos de la evolución de la vida con gran detalle."


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Editor del blog Pedro Donaire

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