En el siglo XX, la biología molecular estableció que todos los organismos vivos compartían las mismas macromoléculas portadoras de información (ADN, ARN y proteínas), y el mismo código genético para transferir la información entre estas moléculas. Esta unidad del mundo viviente apunta a un origen común, un ancestro que tenía todas estas características. Como guiño a Lucy, el ancestro común fue bautizado como LUCA (acrónimo de Last Universal Common Ancestor) durante un simposio internacional organizado en Francia por la Fondation des Treilles en 1996. Utilizando los datos de la genómica comparativa, una disciplina entonces emergente basada en la secuenciación de organismos pertenecientes a los tres dominios del mundo viviente (arqueas, bacterias y eucariotas), esta comunidad de investigadores se propuso reconstruir las características de LUCA. El año pasado, se celebró un nuevo foro en la Fondation des Treilles para celebrar el vigésimo aniversario de la denominación de LUCA, revisar los datos recogidos desde 1996 y esbozar un primer esbozo de este ancestro.
Pero primero hay que aclarar un malentendido frecuente: LUCA, que vivió hace más de tres mil millones de años, no fue la primera célula que apareció en nuestro planeta. La genómica comparativa ha demostrado la existencia de tres moléculas de ARN y 34 proteínas ribosomales1 comunes a todos los organismos vivos y, por tanto, también a LUCA. Dada su complejidad, estas moléculas sólo pudieron aparecer tras un largo periodo de evolución. Por lo tanto, LUCA debe haber compartido el planeta con muchos otros organismos resultantes de este mismo lapso de tiempo. Sin embargo, sus contemporáneos no dejaron descendencia, lo que no quiere decir que no nos hayan transmitido ciertos genes, como hicieron los denisovanos y los neandertales con nuestros antepasados Homo sapiens. También se puede hacer un paralelismo entre LUCA y la Eva africana, la última madre común a todas las mujeres modernas: Eva tampoco fue la primera mujer Homo sapiens, ni vivía sola en África en aquella época.
Dos ramas, un mismo árbol
La genómica comparativa en los ribosomas también ha revelado que, además de las 34 proteínas universales, los ribosomas modernos contienen un gran número de proteínas exclusivas de bacterias, arqueas y/o eucariotas. Una de sus características más notables es que, o bien son específicas de uno de los tres dominios, o bien son compartidas por archaea y eucariotas. En el curso de la evolución, estas proteínas se adquirieron, por tanto, en dos linajes distintos: uno que lleva de LUCA a las bacterias, y otro que lleva de LUCA a las arqueas y los eucariotas.
LUCA’s ribosomes were therefore less complex than modern ones, with around half the number of proteins. En términos generales, la comparación de los mecanismos moleculares de las arqueas y las bacterias ha demostrado que, en todos los casos, estos procesos debían ser considerablemente más sencillos en LUCA que en las células modernas, y que el aumento de la complejidad se produjo de forma independiente en las bacterias, por un lado, y en las arqueas y los eucariotas, por otro.
LUCA probablemente carecía de los complejos moleculares ultrasofisticados que se encuentran en los organismos modernos y que, por ejemplo, les permiten producir energía de forma muy eficiente. Del mismo modo, es probable que su genoma estuviera todavía compuesto de ARN, y es posible que el ADN y sus mecanismos de replicación hayan aparecido dos veces de forma independiente, quizá a partir de linajes virales muy antiguos. La presencia de virus en la época de LUCA queda evidenciada hoy en día por la existencia de importantes familias de virus cuyos miembros infectan a bacterias, arqueas o eucariotas.
Un antepasado frío (o tibio)
El descubrimiento de arqueas que viven a temperaturas muy altas sugirió inicialmente que el propio LUCA era un hipertermófiloFermerLos hipertermófilos son arqueas cuya temperatura óptima de crecimiento es igual o superior a 80°C (definida por el microbiólogo alemán Karl Stetter, que fue el primero en describir la mayoría de estos microorganismos).. La reconstrucción de algunas de sus secuencias ancestrales realizada por un equipo del CNRS con sede en Lyon y dirigido por Manolo Gouy2 demostró que probablemente no era así. Sin embargo, los trabajos del mismo equipo demuestran que los ancestros tanto de las bacterias como de las arqueas vivían a altas temperaturas. ¿Cómo pudo entonces evolucionar un LUCA frío (o tibio) hacia los ancestros calientes de las bacterias y las arqueas? He propuesto la idea de que los organismos de ambos dominios podrían haber evolucionado hasta sus formas actuales adaptándose a temperaturas cada vez más altas. Por tanto, este cambio podría haber desempeñado un papel crucial en la formación del mundo viviente que conocemos hoy.
We have yet to understand the emergence of eukaryotes, organisms whose cells—unlike archaea and bacteria—have a nucleus and organelles such as mitochondria (responsible for respiration) and chloroplasts (responsible for photosynthesis). Una hipótesis popular postula que los eucariotas descienden de una arquea que, por endosimbiosis, asimiló la bacteria de la que derivan las mitocondrias. En 2015, un equipo de Suecia anunció el descubrimiento de Lokiarchaeota, que podría ser el eslabón perdido entre las arqueas y los eucariotas. Sin embargo, el trabajo de nuestro equipo ha demostrado que esta conclusión estaba sesgada por varios artefactos metodológicos. Preferimos la teoría de que los eucariotas no descienden directamente de las arqueas, sino que comparten un ancestro común con ellas. Así, ciertos rasgos de los eucariotas pueden haber existido en LUCA y haberse perdido posteriormente en las arqueas y las bacterias.
Sin una máquina del tiempo, dibujar un retrato de LUCA y determinar la forma del árbol universal de la vida seguirá siendo durante mucho tiempo una cuestión controvertida. Sin embargo, el flujo constante de nuevos datos procedentes de la genómica comparativa reduce cada vez más los posibles escenarios. El análisis, los puntos de vista y las opiniones expresadas en esta sección son los de los autores y no reflejan necesariamente la posición o las políticas del CNRS.
- 1. Los ribosomas son células muy complejas. Los ribosomas son componentes celulares muy complejos, que sintetizan proteínas utilizando la información transportada por el ARN o el ADN.
- 2. Laboratorio de biométrica y biología evolutiva (CNRS / Univ. Claude-Bernard / VetAgro Sup / Hospices civils de Lyon / Inria).