¿Fueron las Bacterias las Primeras Formas de Vida en
la TIERRA?
Micrografía
de un electrón de la bacteria de Escherichia coli bacteria. Fuente: Rocky
Mountain Laboratories, NIAID, NIH
Desde que se ha sabido acerca de ellas, los
científicos han pensado que las bacterias simples son el eslabón con las formas
de vida más tempranas. Sin embargo, una evidencia cada vez mayor sugiere que lo
tenemos al revés – ¿sería posible que los secretos acerca del origen de la vida
estén escondidos dentro de nosotros?
Cuando la mayoría de nosotros pensamos
acerca de la evolución, nos inclinamos a pensar en ella en términos de
organismos simples que evolucionan hacia organismos más complejos.
Reacciones químicas simples que evolucionaron hacia células simples, las cuales
mas tarde evolucionaron hacia organismos más complejos, y así sucesivamente
hasta llegar a los humanos. Ya no se cree más en que los humanos están en la
cima de la escala evolutiva, pero la evolución sí tiene tendencia a dirigir a
los organismos hacia una complejidad mayor, ¿o no?
Sin embargo, este no es siempre el caso.
Mas bien, aquellos organismos que producen la mayor cantidad de descendencia,
simple o compleja, son más exitosos. Una mayor complejidad es a veces resultado
de la evolución, pero la simplificación también puede ser una estrategia
exitosa – todo depende del medio ambiente. Sin embargo, la mayoría de los
científicos sostienen que los primeros organismos de la tierra fueron muy
similares a las bacterias de hoy en día. Pero varias características de la
bioquímica de la vida sugieren que después de todo, las bacterias no son tan
antiguas. De hecho, en cierta forma, las células de nuestros propios cuerpos
nos dicen más acerca de la evolución de la vida que lo que lo hacen las
bacterias. La clave está en el descubrimiento que llevó a que Sídney Altman y
Tom Cech se ganaran el Premio Noble de Química en 1989.
La gallina y el huevo
- En los organismos modernos la información genética es
almacenada en el ADN (acido desoxirribonucleico) en unidades llamadas
genes.
- Los genes codifican las proteínas las cuales son responsable de
las diferentes actividades que hacen que una célula funcione.
- Algunas proteínas llamadas enzimas llevan a cabo las reacciones
químicas que gobiernan la célula. Un grupo de enzimas, las polimerasas del
ADN, fabrican el ADN.
- La información para fabricar estas enzimas es almacenada en el
ADN como un gen.
Por lo tanto, es difícil encontrar el
origen evolutivo de las proteínas y del ADN dado que requieren el uno del otro
para sus respectivas síntesis –¿cual se dio primero? Aquí es donde Cech y
Altman entran a jugar un papel. Ellos estudiaron el ARN (ácido ribonucleico),
un pariente químico cercano del ADN:
- Cuando las proteínas son hechas con base en la información
contenida en el ADN, una copia funcional del ARN del gen es hecha para ser
usada por los ribosomas, los cuales son las fábricas de proteína de la
célula. Por lo tanto, el ARN al igual que el ADN almacena información
genética, y al igual que las proteínas, también lleva a cabo reacciones
químicas.
- Al incorporar el ARN al análisis se resuelve el problema del
huevo y la gallina. El ARN puede ser tanto la gallina como el huevo.
- Lo que esto significa para los biólogos evolutivos es que la
vida bien ha podido INICIARSE con organismos hechos en gran parte de ARN.
- Esta idea de un “mundo de ARN” ha sido debatida desde los
sesenta, pero el descubrimiento de Cech y Altman ha convencido a la
mayoría de los científicos de que por lo menos ello es posible.
- Se sabe que el ARN es el centro de muchas de las funciones
básicas de la célula y probablemente evolucionó en el mundo del ARN.
Todero (o Hazlo-todo)
¿Pero si el ARN es tan versátil qué pasó
con el “mundo del ARN”? Como lo dice el dicho “aprendiz de todo, maestro de
nada”, el ARN no es tan bueno como las proteínas en llevar a cabo reacciones
químicas, ni tampoco es tan bueno como el ADN en almacenar información
genética. No es sorprendente que desde el mundo del ARN las proteínas han
reemplazado gradualmente la mayoría de las enzimas del ARN, y ahora el ADN
almacena la información genética.
La mayoría de los investigadores están de
acuerdo en que el ARN tuvo un rol más importante porque resolvió el problema de
la gallina y el huevo acerca de qué ocurrió primero en la evolución: las
proteínas o el ADN. ¿Pero fuera de ser una idea lógica ordenada, hay alguna
base para esta hipótesis? Puesto que no podemos viajar hacia atrás en el
tiempo, es imposible probar rotundamente la existencia del mundo del ARN, pero
podemos hacer la siguiente mejor cosa que consiste en reconstruirlo a partir de
los “fósiles moleculares” que han permanecido en las células modernas.
En busca de “fósiles moleculares”
Al ahondar en nuestro pasado rico en ARN
podemos darnos una idea de cómo era la vida al principio, y esto a su vez nos
puede ayudar a entender cómo evolucionó la vida hacia las muchas formas que
existen hoy en día. La “excavación” de fósiles moleculares no es un ejercicio
trivial. No todos los ARN van a ser fósiles de ARN genuinos, pero es posible
establecer cuáles son probablemente antiguos y cuales son más recientes.
- Una de las máquinas más importantes de la célula es el
ribosoma, el cual traduce el código genético almacenado en el ADN al
lenguaje de las proteínas.
- El núcleo del ribosoma está hecho de ARN donde las proteínas
proveen un andamiaje para mantener el ARN en su lugar. Incluso cuando la
mayoría de las proteínas han sido removidas sigue pudiendo hacer
proteínas.
- El hallazgo de que el núcleo del ARN es la sala de máquinas de
la fábrica de síntesis de proteínas es un argumento de peso a favor de que
la síntesis de proteínas fue inventada en el mundo del ARN.
Ciertamente, el ribosoma es solo una de las
varias máquinas del ARN que le dan a los científicos una visión
sorprendentemente clara de las primeras formas de vida. El cuadro se ve más
completo en los eucariotes (plantas, animales, hongos, amibas), los cuales
dependen más del ARN que los procariotes (bacterias y células relacionadas);
los eucariotes retienen más claves de nuestro rico pasado de ARN. Puesto que el
ARN es un “hazlo-todo” esperaríamos que fuese reemplazado en forma gradual a
través de la evolución.
La idea mas aceptada acerca de la evolución
de los eucariotes y procariotes desde un antiguo “último ancestro universal
común” (el UAUC, o LUCA en ingles), es que una criatura de tipo procariote fue
la primera en aparecer, y que un antiguo eucariote surgió de algún procariote:
Mundo del ARN → LUCA → organismo tipo
procariote → organismo tipo eucariote
Puesto que se encuentran muchos más fósiles
antiguos de ARN en eucariotes, el gráfico tiene mucho más sentido de la
siguiente manera, con una pérdida gradual de ARN:
Mundo del ARN → LUCA → organismo tipo
eucariote → organismo tipo procariote
Haciendo copias de seguridad del disco
duro
Además de la información que podemos
deducir a través del estudio del ARN, también podemos aprender acerca de
nuestro pasado evolutivo a través del análisis de cómo ha evolucionado el
almacenaje de la información genética. La información genética es como
cualquier otro tipo de información: se almacena en un medio específico, se
copia, se lee, se transmite, y, a través del tiempo pueden aparecer pequeños
errores.
Los procariotes y los eucariotes emplean
mecanismos muy diferentes para asegurarse de que la información genética no se
corrompa. Las diferencias son las siguientes:
- Los procariotes mantienen su genoma en una sola copia, en
general un cromosoma con solo un ADN, con tanta información almacenada en
él como le es posible.
- Muchos eucariotes tienen dos copias y dividen la información
entre varios cromosomas de ADN, con los genes almacenados en forma poco
densa. A diferencia de los procariotes, los eucariotes conservan copias de
seguridad.
- El tener una sola copia de un gen implica que si se comete un
error el daño es permanente pues no hay copia de seguridad disponible para
rescatarlo.
¿Pero qué diferencia hay que los genes
estén separados o mantenidos en un solo cromosoma? Considere este ejemplo:
- El genoma 1 tiene dos genes, A y B. Estos están localizados en
un solo cromosoma y hay dos copias de este cromosoma. En una de las
copias, el gen A se daña y en la otra, el gen B se daña. El organismo
puede sobrevivir pues todavía tiene una copia funcional del gen A y una
del gen B. Sin embargo, también tiene que acarrear las copias dañadas
puesto que están físicamente ligadas (en el mismo cromosoma) a las copias
funcionales.
- El genoma 2 también tiene dos genes, A y B. Sin embargo, cada
gen esta albergado en su propio cromosoma, y como antes, hay dos copias de
cada cromosoma. Como en el caso anterior, se daña una copia del gen A y
una copia del gen B. Sin embargo, el genoma 2 puede descartar las copias
dañadas de los genes A y B sin perder las copias funcionales puesto que
cada gen tiene su propio cromosoma.
La “arquitectura” de los genomas nos da una
clave acerca del estrés informativo de un genoma: entre más sean los genes
mantenidos en un solo cromosoma, mayor es la precisión que se necesita para
mantenerlos.
- En los sistemas genéticos tempranos la estrategia descrita para
el genoma 2 era probablemente la usada porque los daños eran frecuentes, y
esto suministraba una buena forma de deshacerse de los genes dañados pero
manteniendo las copias no dañadas.
- Esto funciona mejor entre más copias haya de un genoma y menos
genes por cromosoma.
- Los procariotes no parecen usar ninguno de estos mecanismos de
seguridad, por lo tanto pueden ser considerados arriesgados.
- Así parece que los genomas de los procariotes son una invención
reciente —los organismos sólo podían darse el lujo de guardar una copia de
su información en un solo cromosoma si estaban seguros de que no la
perderían.
- Las formas de vida temprana no eran buenas almacenando
información, en especial porque tenían ARN como su material genético.
Necesitaban desarrollar cuanto truco pudieran para minimizar las
mutaciones; los genomas, tales como aquellos en los procariotes, hubieran
sido desastrosos!
- Tal vez los eucariotes (como por ejemplo las plantas y los
animales) nunca perdieron muchos de esos antiguos rasgos, vestigios de
cuando copiar era rudimentario, de tal manera que a sus genomas se les
puede considerar como fósiles de este periodo temprano de la evolución de
la vida.
- Curiosamente, muchos eucariotes unicelulares mantienen su ADN
como copia única. Por lo tanto, es difícil saber si los eucariotes
ancestrales mantuvieron una o más copias de su genoma.
- Conservar copias de de seguridad fue sin embargo un rasgo
esencial en los sistemas genéticos muy tempranos.
La tortuga y la liebre
La observación, tanto de las reliquias del
ARN en los eucariotes como del diseño de su genoma, sugiere que los eucariotes
han mantenido el status quo, guardando muchos fósiles moleculares, mientras que
los procariotes han perdido muchos de ellos.
- Algunos organismos (por ejemplo los robles) crecen lentamente y
dependen de un suministro estable de nutrientes, haciendo así que sus
poblaciones sean también bastante estables.
- Otros organismos (por ejemplo la langosta) crecen muy rápido y
compiten por nutrientes que son extremadamente variables en su suministro.
Cuando un nutriente está disponible, es imperativo crecer y reproducirse
tan rápido como sea posible. Cuando la disponibilidad de alimentos se
reduce, las poblaciones sufren grandes pérdidas y tan sólo unos pocos
logran sobrevivir hasta que haya una nueva fuente de nutrientes.
Para algunos organismos la velocidad lo es
todo -–la habilidad para reaccionar rápidamente a la presencia de una nueva
fuente de alimentos es muy importante. Esto significa que si un organismo es
más rápido en responder que el resto de ellos, éste se beneficiará a expensas de
sus competidores. Pensando hacia atrás en la antigua maquinaria del ARN, habría
habido gran selección sobre los organismos para reemplazar la maquinaria
ineficiente de ARN por maquinaria de proteínas más rápida.
En los organismos modernos, los eucariotes
como grupo caen dentro del grupo de la “Tortuga”, mientras que los procariotes
toman la vía rápida de la “liebre”. Sin embargo, dentro de estos grupos también
hay un espectro. Por ejemplo, la levadura de cerveza, un organismo eucariótico,
tiene un estilo de “vida de bacteria” cuando se le compara con los robles. Sin
embargo, incluso los eucariotes, que son de rápido crecimiento, tienen
cantidades de maquinaria de ARN lenta, por lo tanto, este argumento por sí solo
no puede explicar cómo surgieron los procariotes. ¿Si un estilo de vida rápido
por sí solo no se deshace del ARN, entonces como explicamos la falta de ARN en
los procariotes?
Eliminación del exceso en el sauna de la
vida
El “empuje” evolutivo que ocasionó el
surgimiento de los procariotes puede muy bien haber sido una adaptación a la
vida en altas temperaturas. Patrick Forterre, de la Universidad de Paris Sûd ha
propuesto una hipótesis que él llama la “hipótesis de termo reducción”.
Mantiene que los procariotes surgieron de un ancestro parecido a un eucariote
como resultado de la adaptación a la vida en altas temperaturas, y durante este
proceso se deshicieron de muchas de sus antiguas características. El trabajo de
Forterre sugiere que incluso las bacterias que hoy viven en temperaturas
moderadas mantienen vestigios de su historial de calor.
El argumento de Forterre yace en la
observación de que el ARN es muy inestable a altas temperaturas:
- Los organismos que viven en temperaturas muy altas deberían
usar el ARN en forma limitada.
- En los procariotes muchos fósiles de ARN parecen haber sido
reemplazados.
- Numerosos procariotes viven en las temperaturas hirvientes
típicas de los manantiales termales y de los respiraderos termales de los
mares profundos, las cuales a menudo superan los 100°C!
- Muchos ARNs están todavía en uso en los eucariotes.
- En la actualidad no hay ejemplos conocidos de eucariotes que
vivan en temperaturas extremas. Si se encuentran algunos, se esperaría que
hubieran perdido mucho de su ARN.
Otra evidencia de la termo reducción
proviene de los genomas de los procariotes:
- En los eucariotes los cromosomas están hechos de ADN linear.
- En los procariotes el genoma está hecho de ADN circular.
- El ADN circular es mucho menos vulnerable al daño por calor que
el ADN linear al cual se le empiezan a “abrir las puntas” a temperaturas
elevadas.
- Los cromosomas circulares están ausentes en los eucariotes, y
su incidencia de amplia distribución únicamente en los procariotes tiene
una mejor explicación a través de la hipótesis de la termo reducción.
Pare que los eucariotes mantengan genomas
de ADN linear se requiere un sistema especial para mantener sus puntas:
- Una enzima llamada telomerasa, la cual tiene tanto una proteína
como un componente de ARN, hace este trabajo.
- Parece poco probable que los eucariotes con sus genomas
lineares, y varios ARNs, incluyendo la telomerasa, hubieran podido surgir
del “sauna” de la vida.
- Lo más probable es que los primeros organismos en desafiar las
temperaturas elevadas se deshicieron por el camino de mucha de la
evidencia de su mundo ancestral de ARN, como de su genoma de ADN linear y
su telomerasa.
- Los procariotes modernos parecen tener una “historia de calor”
aunque muchos viven ahora en temperaturas moderadas e incluso frías.
Pistas sobre el origen de la vida en
nuestro propio cuerpo
Los biólogos evolutivos han estudiado
tradicionalmente los organismos más simples que pueden encontrar para así poder
aprender más sobre el origen de la vida. Pero simple no significa
necesariamente antiguos, por lo tanto no deberíamos restringir nuestra búsqueda
solamente a organismos simples. Todos los organismos han estado evolucionando
por 350,000 millones de años o algo así, y la idea de que existe un bicho
oculto que el tiempo olvidó, el cual se asemeja a la vida temprana en la
tierra, está pasada de moda.
Tal como lo muestra el trabajo de Forterre,
la simplificación tiene sus méritos, y parece que las bacterias han perdido
muchos de los fósiles moleculares de nuestro antiguo pasado. Tenemos un enorme
conocimiento acerca de la bioquímica de nuestras propias células, y aunque hay
muchísimos niveles de complejidad, debajo de todo ello hay pistas sobre el
origen de las primeras células. Qué tan irónico que las células humanas
alberguen tantos, si no más, secretos sobre el origen de la vida que las
simples bacterias! No es sorprendente que los biólogos evolutivos estén tan
excitados acerca del Proyecto del Genoma Humano como los demás!
Es importante tener presente que las
células eucarióticas han continuado evolucionando a través del tiempo. Aunque
es posible sacar a la luz mucho acerca del mundo del ARN, y de cómo los
procariotes y eucariotes evolucionaron, observando los “fósiles moleculares”,
la mayoría de las características de la célula eucariótica son innovaciones
“recientes”. Por ejemplo, las mitocondrias (las plantas de energía de la célula
eucariótica) y los cloroplastos (los organelos que la luz solar convierte en
azúcar en las plantas) son reliquias de antiguos procariotes que fueron
absorbidos por antiguos eucariotes. Otra innovación mayor es la evolución de
organismos multicelulares. Esto trajo consigo el fruto de la división del
trabajo, permitiendo así la evolución de órganos y tejidos complejos.
La mayoría de los investigadores añadirían
el núcleo a la lista de “nuevas” características eucarióticas , pero es
interesante observar que todos los fósiles de ARN en el mundo se encuentran en
el núcleo. La suposición de que el núcleo es reciente está basada en el
argumento de que la evolución conduce hacia la complejidad, pero sabemos que esto
no siempre es así. Es emocionante considerar la posibilidad de que el núcleo es
antiguo, y que los procariotes lo han perdido. Antiguamente hubiéramos estado
en peligro de que nos quemaran en la hoguera por decir cosas tan heréticas,
pero hoy en día los biólogos ya no consideran la evolución de la vida como una
progresión de lo simple hacia lo complejo, con los humanos como el pináculo del
éxito evolutivo. Brindemos por los fósiles moleculares! Tierra?
(EL ANTERIOR TRATA SOBRE LAS BACTERIAS, Y
SE PLANTEAN SI FUERON LOS PRIMEROS ORGANISMOS
CON VIDA Y COMO ES QUE EXISTEN.)
ARTICULO #2
Científicos hacen un mapa de las bacterias y virus que viven en el cuerpo
El grupo de investigadores obtuvo la
identificación del microbioma humano, sus genomas y su ubicación
En el estudio trabajaron 80 instituciones
de investigación científica que consiguieron crear este mapa de billones de
microorganismos (Archivo/EFE).
WASHINGTON (EFE) — Un grupo de científicos anunció este miércoles que consiguió la
identificación del microbioma humano: los billones de bacterias y virus
que habitan en las diferentes partes del cuerpo, sus genomas, y la elaboración
del mapa con su ubicación.
El cuerpo humano adulto y sano
alberga diez veces más microbios que células humanas y ese contingente incluye arqueo
bacterias, virus, bacterias y microbios eucarióticos, cuyo genoma combinado es
muchas veces mayor que el genoma humano, según la investigación.
El microbioma es la totalidad de los
microbios y sus elementos genéticos, y cómo interactúan con su ambiente en una
región en particular.
Para definir el
microbioma humano normal los investigadores estudiaron a 242
voluntarios sanos (129 hombres y 113 mujeres), de los que obtuvieron tejidos de
15 sitios en el cuerpo masculino y de 18 en el cuerpo femenino.
Los investigadores tomaron hasta tres
muestras de cada voluntario en sitios tales como la boca, la nariz, la piel y
el intestino (en la materia fecal).
Los artículos publicados proporcionan un panorama
integral de la diversidad de microbios en 18 partes del cuerpo humano.
Esto incluye genomas de referencia de miles
de cultivos microbiales relacionados con el anfitrión, secuencias
metagenómicas, conjuntos y reconstrucciones metabólicas, y un catálogo de más
de cinco millones de genes de microbios.
Los estudios incluyen la descripción de
cambios en la composición de varias comunidades microbiales en relación con
condiciones específicas, por ejemplo, el microbioma de los intestinos y la
enfermedad de Crohn, la colitis ulcerosa y el adenocarcinoma del esófago.
El Consorcio del Proyecto del
Microbioma Humano, de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos
(en inglés NIH), realizó el anuncio en una telecoferencia de prensa simultánea
a la publicación de varios artículos en las revistas Nature y Public
Library of Sciences (PLoS).
En el proyecto participaron casi 80
instituciones de investigación multidisciplinaria que trabajaron durante cinco
años con una subvención de 153 millones de dólares del Fondo Común del NIH.
"Como los exploradores del siglo XV
que describían los contornos de un continente recién descubierto, los
investigadores de este proyecto emplearon una nueva estrategia tecnológica para
definir integralmente, por primera vez, el panorama microbial normal del
organismo humano", explicó el director de NIH, Francis Collins.
Otro estudio se refiere al microbioma
de la piel y su relación con padecimientos como la psoriasis, la
dermatitis atópica y la inmunodeficiencia; mientras que otro texto trata el
microbioma urogenital y su vinculación con la historia reproductiva y sexual.
Los humanos "no tenemos todas las
enzimas que necesitamos para digerir nuestra propia dieta", explicó
Lita Proctor, gerente del programa. "Los microbios en nuestras tripas
descomponen gran parte de las proteínas, lípidos y carbohidratos de la dieta y
los convierten en nutrientes que podemos absorber".
"Los microbios producen compuestos
beneficiosos como las vitaminas y los antiinflamatorios que nuestro propio
genoma no puede producir", añadió Proctor.
(EL ANTERIOR FUE UN ARTICULO, EN EL QUE, SE
INFORMA QUE UNOS CIENTIFICOS CREARON UN MAPA PARA VER LOS VIRUS Y BACTERIAS DEL
INTERIOR DE NUESTRO CUERPO. Y SE VE DONDE ESTA SITUADO CADA UNO Y QUE VIRUS O
BACTERIA ES.)
ATICULO #3
Científicos descubren unas
bacterias marinas con gran potencial para degradar
petróleo
Un mes después del vertido de petróleo
en el golfo de México, un grupo de científicos del Laboratorio
Nacional Lawrence Berkeley de EE UU comenzó a analizar la actividad marina
en una columna de crudo formada a más de 1.000 metros de profundidad, a 16
kilómetros del centro del pozo averiado. Los expertos, dirigidos por el ecólogo
microbiano Terry Hazen, han descubierto que las bacterias en las profundidades
marinas, encabezadas por una nueva especie sin clasificar, están degradando el
petróleo más rápido de lo previsto, lo que puede ser de vital importancia en la
recuperación de la zona, según publica hoy la revista Science.
El análisis y la secuencia del ADN de estas
muestras de agua han revelado que, a diferencia de muchas otras bacterias que
digieren petróleo, las bacterias de la familia de las proteobacterias-gamma,
que viven en temperaturas frías, no parecen usar el oxígeno de la columna de
agua. Por este motivo, los métodos convencionales que han estudiado la
biodegradación natural basando sus cálculos en los niveles de oxígeno pueden
haber pasado por alto la contribución de estas bacterias marinas.
"Nuestros resultados muestran que la
afluencia de crudo ha alterado profundamente la comunidad microbiana mediante
un significativo estímulo de las proteobacterias-gamma psicrófilas de las aguas
profundas, que están estrechamente relacionadas con microbios conocidos como
degradantes del petróleo", ha señalado Hazen. Los psicrófilos son aquellos
microorganismos capaces de vivir a temperaturas inferiores a 5 grados
centígrados. "Este enriquecimiento de microorganismos degradadores de petróleo
psicrófilos, con su rápida tasa de biodegradación del petróleo, parece ser uno
de los principales mecanismos detrás de la rápida disminución de la columna de
hidrocarburos", ha agregado.
Los científicos creen que la nueva especie
podría pertenecer a la familia de las oceanospirillales.
Hazen, que ha analizado otros vertidos
anteriormente, comenzó las investigaciones con su equipo el pasado 25 de mayo,
casi un mes después de que se produjera el accidente de la
plataforma Deepwater Horizon, el 23 de abril. Los resultados
se basan en el análisis de más de 200 muestras de agua de las profundidades
procedentes de 17 sitios distintos, entre el 25 de mayo y el 2 de junio
pasados.
(EN EL ANTERIOR ARTICULO SE INFORMA, SOBRE UNAS
BACTERIAS MARINAS, QUE DEGRADAN PETROLEO, Y LO MAS SORPRENDENTE ES QUE LO HACEN
MUY RAPIDO. ESTO PUEDE SER VITAL PARA EL
MUNDO.)
|
JORGE
UNRIZA
902
J.M
“ARGUMENTOS
CIENTIFICOS SOBRE MICROORGANISMOS”
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