N3-¿Cuál es el Último Ancestro Universal Común(LUCA) (ActionBioscience En Español) compressed

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¿Cuál es el Último Ancestro Universal Común(LUCA)?
Anthony M. Poole
Un artículo original de ActionBioscience.org
»english
puntos principales del artículo
LUCA (por sus siglas en inglés), el último ancestro universal común, es todavía un enigma, pero los
científicos han podido:
encontrar más respuestas en el código genético
modificar y reconstruir árboles evolutivos
comprender más acerca del rol del intercambio de genes en la evolución.
Abril 2009
Nota del Editor: Este sitio web también provee como suplemento un artículo exhaustivo original sobre LUCA por A.M.
Poole.
En el campo de estudio sobre la vida
temprana en la Tierra, un nombre
sobresale por encima de todos los demás:
LUCA. LUCA no es el nombre de un
científico famoso en este campo; es la
abreviatura de la frase en inglés Last
Universal Common Ancestor, traducido al
español como Último Ancestro Universal
Las células son tan pequeñas que incluso un grupo de
Común, una célula que vivió hace 3 o 4
éstas células provenientes de un raton, tan solo miden
millones de millones de años, y de la cual
50 micrones. Imagen de wikibook, libro de texto Cell
Biology, John Schmidt.
ha evolucionado toda la vida en la tierra.
Increíblemente, todos los organismos
vivos que vemos hoy en día (y muchos más que tan solo podemos ver con la
ayuda de un microscopio) están relacionados. Por lo que sabemos, la vida en la
tierra surgió tan solo una vez.
Respuestas en el código genético
La vida existe en toda clase de formas y tamaños, desde nosotros los humanos
hasta las bacterias. Por lo tanto ¿cómo sabemos que toda vida ha evolucionado
desde una sola célula? La respuesta se encuentra escrita en el lenguaje del código
genético (imagen A).
El código genético es el lenguaje
en el que la mayoría de los genes
son escritos en el ADN.
Tales genes constituyen recetas
para hacer proteínas.
Las proteínas son las que hacen
que la célula funcione, haciéndolo
todo, desde fabricar ADN hasta
digerir la comida que ingerimos y
extraer sus nutrientes.
Increíblemente, exactamente el
mismo código es usado en
Imagen A: La respuesta se encuentra escrita en el
humanos y bacterias, de tal
lenguaje del código genético. Imagen de NIH.gov.
manera que un gen de un ser
humano puede ser colocado en una bacteria, y la bacteria fabrica la
proteína humana –así es como se hace la insulina.
El hecho de que el código genético sea universal para todas las formas de vida nos
indica que todo está relacionado. Toda vida se regenera produciendo prole, y a
través del tiempo pequeños cambios en la prole da como resultado pequeños
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cambios en las recetas de las proteínas. Pero puesto que las recetas están escritas
en el mismo lenguaje (el código genético), es posible comparar estas recetas (y
otros genes) para así construir el equivalente de un árbol genealógico.
Árboles genealógicos
De esta forma, los biólogos han logrado
crear “la madre” de todos los árboles
genealógicos: el árbol de la vida. El árbol
espera establecer las relaciones entre
todas las cosas vivientes, y ya ha
revelado algunas sorpresas. La más
impactante es el descubrimiento de
archaea (imagen B). Estos son
Imagen B: Archaea - organismos simples. Imagen de
organismos simples que al ser
Halobacterium sp. strain NRC-1, NASA
observados no se pueden distinguir de las
bacterias (imagen C). Antes de que fuera
construido el prototipo del árbol de la
vida en 1977, se creía que la vida tenía
dos ramas principales, los eucariontes
(por ejemplo plantas, animales y hongos)
y los procariontes (bacterias, y lo que
ahora se conoce como archaea). La
decisión de dividir la vida en dos ramas
Imagen C: Escherichia coli bacilli bacteria. Pero pese a
las apariencias, los archaea y las bacterias son tan
se basó en gran parte, en las diferencias
diferentes el uno del otro. Imagen de: NIH.
visuales entre las células. Los eucariontes
todos poseen un núcleo celular (imagen
D ) mientras que los procariontes (imagen E ) no. Pero pese a las apariencias,
los archaea y las bacterias son tan diferentes el uno del otro como cada uno de
ellos lo es de los eucariontes. Por lo tanto, ahora se sabe que el árbol de la vida
consiste en:
Archaea
Bacterias
Eucariontes
Es increíble que hasta hace solo 25 años ni siquiera se nos pasaba por la mente
que nosotros y las bacterias compartíamos el planeta con una tercera forma de
vida!
La Reconstrucción de LUCA
El árbol de la vida es uno de los grandes
logros de la biología (imagen F). Pero
para algunos investigadores representa
simplemente la el medio para alcanzar
una meta. Estos investigadores están
tratando de reconstruir a LUCA, la célula
de la cual toda vida evolucionó. La
pregunta que plantean es, “qué rasgos de
los archea, las bacterias y los eucariontes
pueden ser rastreados hasta su ancestro
común, LUCA?” Esta debería ser una
tarea sencilla – simplemente comparar
Imagen F: Un árbol de vida filogenético. El puro centro
los tres grupos y escoger los rasgos que
representa a LUCA. Rosado representa eucariontes;
son comunes a todos. En principio, la
morado-azuloso, bacterias; verde,archaea. Fuente:
Wikimedia Commons.
reconstrucción de LUCA debería ser una
cosa simple de hacer, dado que ya han
sido descifrados más o menos 70 genomas completos a través de todo el árbol.
(Un genoma alberga todos los genes en un organismo, y un “catálogo” de esos
genes se obtiene al hacer la secuencia del ADN del organismo.)
Desafortunadamente no es tan sencillo, por dos razones:
Los genes se pierden
Los genes se intercambian
¿Cómo podemos decir si un gen es antiguo?
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La implicación del hecho de que los genes se pierden es que cuando uno
compara los genomas para ver cuales genes son comunes a todas las
formas de vida (es decir, cuales son “universales”), subestimamos el
número de genes que LUCA tenia originalmente. Algunos de los genes que
no son universales pueden ser añadidos a LUCA, puesto que al observar lo
que hacen, se pueden encontrar pistas sobre sus orígenes. A pesar de que
podemos hacer conjeturas con cierta base, de si un gen no-universal se
encontraba en LUCA, la mayoría de los genes que no son universales son
probablemente “invenciones nuevas”, específicos de una de las tres ramas
mayores del árbol. De hecho, muchos pueden ser específicos de un solo
grupo pequeño de, por ejemplo, archae.
Otra forma de chequear si un gen es antiguo, es ver si es una receta de
proteína o de ARN. Esta es una pista importante puesto que algunos ARNs
datan de un período aún más antiguo que la época en la que LUCA vivió. La
lógica es esta: si un ARN es más antiguo que LUCA, entonces LUCA
también lo tenía, aunque ese ARN ya no sea universal.
Pese a que lidiar con la pérdida de genes es problemático, no es un obstáculo
insuperable– simplemente significa que la reconstrucción de LUCA estará salpicada
de muchas conjeturas, y probablemente de algunas lagunas. Pero el intercambio
de genes es cosa totalmente aparte – amenaza con derrumbar el árbol de la vida y
enviar a LUCA a la basura.
Transferencia horizontal de genes
Durante décadas se ha sabido del intercambio de genes (o “transferencia
horizontal de genes” como los biólogos la llaman a menudo). Lo que los biólogos
hasta ahora empiezan a investigar es qué punto los genes son transferidos entre
organismos. La comparación de dos bacterias de la misma especie revela
diferencias mayores. Por ejemplo, la Escherichia coli es una bacteria común del
intestino, la cual forma parte de nuestra flora intestinal natural. Pero la cepa
O157:H7 causa dolencias gastrointestinales severas. Los genomas, tanto de una
variante inofensiva (K-12), como los de las cepas de O157:H7, han sido
descifrados y comparados, y el resultado es asombroso.
1387 de los 5416 genes (26%) de O157:H7 no se encuentran en K-12
528 de los 4405 genes (12%) de K-12 no se encuentran en O157:H7
Podría decirse que muchos de los genes de O157:H7 son genes “extranjeros” que
han sido prestados de otra parte. Si comparamos dos personas, o incluso una
persona con un chimpancé, este tipo de variación no se encuentra ni remotamente
– los humanos todos comparten los mismos genes, y los humanos y los
chimpancés puede que solo tengan unos cuantos genes diferentes entre nuestras
dos especies.
A un nivel más amplio, una comparación ahora famosa entre Escherichia coli K-12
y Salmonella entérica (otra especie de bacteria a menudo responsable del
envenenamiento con comida) concluyó que:
Como mínimo, un 17% del genoma de k-12 ha sido prestado desde que
estas dos bacterias se separaron de un ancestro común, hace alrededor de
100 millones de años.
LUCA habría recorrido la tierra hace 3 o 4 billones de años, por lo tanto, si
todos los genes se intercambian tan fácilmente, cualquier evidencia de
LUCA se hubiera mezclado, puesto que los genomas son revueltos en forma
tan severa.
¿Dónde va a parar LUCA en todo esto? Un pesimista diría que LUCA esta fuera de
alcance. Sin embargo, no es obvio de forma alguna que todos los genes sean
igualmente intercambiables. Algunos, tales como los genes de resistencia a los
antibióticos, son el equivalente de gitanos, en términos de genes:
cuando hay un antibiótico presente, ellos le proporcionan resistencia a una
bacteria
una vez que el antibiótico desaparece, a menudo ellos también se pierden
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Otros genes producen proteínas que se enganchan con otras proteínas formando
así complejos grandes de proteínas, algo así como un rompecabezas
tridimensional. La posibilidad de que una de las piezas del rompecabezas se pueda
intercambiar con la pieza equivalente del rompecabezas de otro organismo,
dependerá de qué tan similares sean los rompecabezas. La Escherichia coli K-12 y
el O157:H7 probablemente podrían intercambiar dichos genes con relativa
facilidad, pero una bacteria y un archaeon probablemente no tendrían ninguna
posibilidad de hacerlo, pese a que dichos rompecabezas juegan el mismo papel
biológico. ¿Es el intercambio de genes tan común a través de otras ramas del
árbol? Nosotros los animales no tenemos tendencia de intercambiar recetas de
proteínas tal como lo hacen las bacterias, sin embargo, lo hemos hecho en el
pasado. Actualmente existe evidencia abrumadora de que somos en parte bacteria.
Nuestra ascendencia bacteriana viene en forma de mitocondrias (imagen
G , diminutas centrales eléctricas dentro de nuestras células.
El ADN de nuestras mitocondrias es minúsculo, y cuenta tan solo con un
puñado de genes. Pero en un momento dado en el pasado, las
mitocondrias fueron verdaderas bacterias, que se alojaron dentro de uno
de nuestros ancestros unicelulares distantes, y entablaron asociación con
ellos.
Desde ese entonces, la mayoría del ADN de la bacteria original ha sido
desechado, pero gran parte de él ha ido a parar al ADN de nuestro núcleo
(imagen D ).
La buena noticia para los biólogos de LUCA es que parece que somos muy exitosos
en identificar qué pedazos de nuestro ADN nuclear provienen de mitocondrias, y
cuáles se encontraban ya allí. De tal manera que en cierta medida, puede que sea
posible desenmarañar partes del árbol de la vida. ¿Pero es esto suficiente para
salvar a LUCA?
¿Uno o muchos LUCAS?
Carl Woese, uno de los personajes claves en el intento de reconstruir el árbol de la
vida, le ha agregado otro sesgo al rompecabezas LUCA. El tiene entusiasmados a
los investigadores al sugerir que:
LUCA también participaba en el intercambio de genes, y a una escala
mucho más grande de lo que observamos en las bacterias modernas.
el intercambio de genes fue alguna vez mas importante que la herencia de
padre a cría, y, los archae tempranos, las bacterias y los eucariontes
emergieron en forma independiente de un “mar” de transferencia de genes
No es claro cómo se podrían evaluar sus aseveraciones, pero ellas ciertamente dan
en qué pensar –si él está en lo cierto, jamás hubo un solo LUCA sino una
comunidad de genes sutilmente asociados con las células.
Todavía no se ha alcanzado ningún consenso sobre cómo reconstruir a LUCA, ni
sobre si la transferencia horizontal de genes convertirá esta tarea en un esfuerzo
inútil. Sin embargo, si no todos los genes son iguales en el juego de la
transferencia horizontal de genes, los biólogos tienen una pequeña oportunidad. De
cualquier forma, para aquellos que intentan construir el árbol de la vida y
reconstruir nuestros origines, existen cantidades de desafíos emocionantes y
muchas incógnitas. Por ejemplo, tan sólo este año, un miembro de un grupo nuevo
de archae microscópicos ha sido identificado en una fosa oceánica. Para darles un
poco de perspectiva en cuanto a la relevancia de este descubrimiento, es
aproximadamente equivalente al descubrimiento de la primera planta! Ya sea que
hubiera uno o más LUCAS, esto son definitivamente momentos excitantes.
© 2009, American Institute of Biological Sciences. Los educadores tienen permiso de reimprimir
artículos para su uso en las clases; otros usuarios por favor comunicarse con
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reimpresión.
Anthony Poole recibió su doctorado del Instituto de Ciencias Biológicas
Moleculares (Institute of Molecular BioSciences) de la Universidad de Massey, en
Nueva Zelanda, donde también fue un becario post-doctoral en el Centro Allan
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Wilson de Ecología Molecular y Evolución (Allan Wilson Centre for Molecual Ecology
and Evolution). En octubre del 2002 se convirtió en profesor asistente en el
Departamento de Biología Molecular y Genómica Funcional (Department of
Molecular Biology & Functional Genomics) de la Universidad de Estocolmo, en
Suecia. Su investigación hasta la fecha se ha centrado alrededor de preguntas
sobre la evolución temprana, y su enfoque actual es sobre los orígenes del ADN y
los orígenes de la célula eucariota. http://www.molbio.su.se/ (haga “staff”)
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Referencias del artículo
Estas referencias están en inglés. Las referencias no han sido traducidas al español dado que la mayoría de los artículos citan fuentes en
el idioma inglés.
Image Links: Accessed 4/10/09.
A. Genetic code chart (updated 12/03 due to original URL no longer available)
http://psyche.uthct.edu/shaun/SBlack/geneticd.html
B. Archaea
http://www.microbe.org/microbes/archaea.asp (URL no longer available)
C. Bacteria
http://www.microbe.org/microbes/bacterium1.asp (URL no longer available)
D. Eukaryotic Cell
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/animalcell.html
E. Prokaryotic Cell
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http://micro.magnet.fsu.edu/cells/mitochondria/mitochondria.html
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