La grasa de miles de millones de años sugiere una larga historia de células complejas: Ars Technica

Todos los organismos que vemos a nuestro alrededor (plantas, animales y hongos) son eucariotas formados por células complejas. Sus células tienen muchas estructuras internas encerradas en membranas, que mantienen cosas como la producción de energía separadas del material genético, etc. Incluso los organismos unicelulares de esta rama del árbol de la vida a menudo tienen estructuras cubiertas por membranas que mueven y reorganizan para alimentarse.

Parte de esa flexibilidad de la membrana proviene de los esteroides. En eucariotas multicelulares, los esteroides realizan varias funciones; entre otras cosas, se utilizan como moléculas de señalización, como el estrógeno y la testosterona. Pero todos los eucariotas insertan varios esteroides en sus membranas, aumentando su fluidez y alterando su curvatura. Entonces, la evolución del elaborado metabolismo de los esteroides puede haber sido clave para permitir la vida compleja.

Ahora, los investigadores han rastreado el origen de los esteroides eucariotas hace casi mil millones de años. Los hallazgos sugieren que muchas ramas del árbol genealógico de los eucariotas alguna vez produjeron versiones más antiguas de esteroides. Pero nuestra rama desarrolló la capacidad de producir otros más elaborados, lo que puede habernos ayudado a superar a nuestros parientes.

Una línea de tiempo confusa

En cierta medida, el nuevo trabajo supone poner a prueba una idea propuesta hace décadas por el bioquímico Konrad Bloch. Bloch ganó un Premio Nobel por descubrir las vías bioquímicas que permiten a las células producir esteroides a partir de precursores más simples. En 1994, Bloch sugirió que los intermedios químicos en las vías que identificó fueron, en algún momento de nuestras vías evolutivas, los productos finales. Las células producirían estos esteroides menos complejos, que han jugado un papel vital en su supervivencia; con el tiempo, sin embargo, nuestra rama ha desarrollado enzimas que las han modificado aún más de manera beneficiosa.

Esto tenía el potencial de dar sentido a una variedad de pruebas que de otro modo no encajarían muy bien. Encontramos microfósiles de 1.600 millones de años que parecen mostrar células complejas con procesos superficiales típicamente restringidos a eucariotas. Esto funciona bien con la evidencia del ADN, que sugiere que todos los eucariotas actuales se remontan a un ancestro común que existió hace al menos 1200 millones de años, posiblemente hace 1800 millones de años.

Pero también podemos buscar esteroides en rocas antiguas, ya que las moléculas son notablemente estables. Pero los esteroides en los eucariotas modernos no aparecieron hasta hace unos mil millones de años, mucho más tarde que los propios eucariotas. Esta brecha podría explicarse claramente si los primeros eucariotas usaran los intermedios bioquímicos de Bloch.

Fue aquí donde Bloch, a pesar de tener tanta razón, cometió un gran error. Sugirió que los intermedios serían químicamente inestables y, por lo tanto, no habrían sobrevivido en los sedimentos el tiempo suficiente para que los encontráramos. Desde esta perspectiva, no tenía sentido mirar.

De larga duración

Un equipo internacional de investigadores ha decidido que vale la pena probar la hipótesis de Bloch sobre la solidez de estas moléculas. Entonces, los investigadores sintetizaron un grupo y sometieron las moléculas a condiciones aceleradas de calentamiento y envejecimiento y observaron lo que sucedió. Si bien perdieron un par de átomos del lado de las estructuras del anillo, la mayor parte de la molécula sobrevivió. Y lo que es más importante, no se sabe que otros esteroides produzcan las mismas moléculas cuando se degradan, por lo que estos intermediarios envejecidos pueden servir como indicadores de la producción de esteroides.

Con esta información en la mano, los investigadores obtuvieron muestras de petróleo y betún de sedimentos fechados en diferentes puntos del pasado de la Tierra. E incluso la muestra más antigua, con 1.600 millones de años, ya tenía muchos restos de estos esteroides intermedios. Los investigadores aislaron docenas de parientes de intermediarios de esteroides, pero no encontraron ninguna de las moléculas que uno esperaría si los esteroides modernos estuvieran presentes.

Los eucariotas también parecen haber estado en todas partes. «Estos protoesteroides se han detectado en entornos de aguas profundas y relativamente poco profundas, mantos microbianos y hábitats pelágicos, de pizarra y carbonatados, así como en cuencas marinas y posiblemente lacustres», escriben los investigadores.

Nuevamente, los primeros signos de los esteroides modernos no aparecen hasta hace menos de mil millones de años, lo que sugiere que los eucariotas, tanto nuestros ancestros como otras ramas del árbol evolutivo, han prosperado durante casi mil millones de años utilizando moléculas que ahora son solo químicas. intermedios. Varias clases de esteroides modernos también aparecen lentamente en el registro geológico, lo que sugiere que no ha habido una explosión de innovación.

Sobrevive a los extremos

Los investigadores proponen una idea intrigante que ubica el origen de los eucariotas modernos dentro del registro geológico. Los eucariotas parecen haber surgido en un período de tiempo geológico llamado «mil millones aburridos«, que data de hace entre 1800 y 800 millones de años. Durante este período, como sugiere el nombre, no sucedió mucho. Durante la mayor parte de este tiempo, la geología ha visto cómo las placas continentales de la Tierra se ensamblan en un supercontinente, lo que ayudó a mantener un clima aparentemente estable. La vida parece haber respondido a la estasis relativa formando ecosistemas igualmente estables que persistieron durante gran parte de este tiempo.

Si bien el antepasado de todos los eucariotas modernos probablemente evolucionó durante los aburridos mil millones, la falta de agitación ecológica puede haber significado que enfrentó un momento difícil para encontrar un nicho ecológico desocupado. Dado este desafío, sugieren los investigadores, la evolución de los esteroides modernos podría haberles dado potencialmente las tolerancias necesarias para ocupar ambientes más extremos, como donde prevalecían temperaturas frías o altas o lugares como marismas que se secaban periódicamente. Esto podría significar que se estaban produciendo esteroides modernos, pero solo a niveles que hacían poco probable que se detectaran.

Los aburridos mil millones terminaron con una mayor actividad tectónica y glaciaciones globales, que podrían haber desencadenado el equivalente microbiano de las extinciones masivas. En el entorno turbulento que siguió, la capacidad de tolerar los extremos ambientales que ofrecen los esteroides modernos podría haber dado a nuestros antepasados ​​una ventaja, permitiéndoles llevar a todas las demás ramas del árbol eucariota a la extinción.

Naturaleza, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06170-w (Sobre los DOI).