Revelados los secretos de LUCA, la primera forma de vida en la Tierra

Una representación digital que ilustra cómo LUCA ya estaba siendo atacada por virus hace 4.200 millones de años. Crédito: Diseño Gráfico Científico

A Universidad de BristolUn estudio realizado por investigadores de la Universidad de Bolonia descubrió que la vida en la Tierra, derivada de un ancestro común llamado LUCA, se desarrolló poco después de la formación del planeta.

Mediante análisis genéticos y modelos evolutivos, los investigadores determinaron la existencia de LUCA hace aproximadamente 4.200 millones de años, revelando que era un organismo complejo con un sistema inmunológico primitivo, una parte integral de los primeros ecosistemas de la Tierra.

El modelo genético de LUCA y sus descendientes

Todo lo que vive hoy deriva de un único ancestro común, conocido cariñosamente como LUCA (Último Ancestro Común Universal).

LUCA es el supuesto ancestro común del que desciende toda la vida celular moderna, desde organismos unicelulares como las bacterias hasta secuoyas gigantes (al igual que nosotros los humanos). LUCA representa la raíz del árbol de la vida antes de que se dividiera en los grupos, hoy reconocidos, Bacteria, Archaea y Eukarya. La vida moderna ha evolucionado a partir de LUCA desde varias fuentes diferentes: la misma aminoácidos utilizado para construir proteínas en todos los organismos celulares, la moneda de energía compartida (ATP), la presencia de maquinaria celular como el ribosoma y otras asociadas con la producción de proteínas a partir de la información almacenada en El ADNe incluso el hecho de que toda la vida celular utiliza el propio ADN como medio para almacenar información.

Métodos de investigación y la era LUCA

El equipo comparó todos los genes en los genomas de los seres vivos. especiescontando las mutaciones que han ocurrido en sus secuencias a lo largo del tiempo desde que compartieron un ancestro en LUCA.

El momento de la separación de algunas especies se conoce a partir del registro fósil, por lo que el equipo utilizó un equivalente genético de la conocida ecuación de velocidad utilizada en física para determinar cuándo existió LUCA, y llegó a la respuesta hace 4.200 millones de años, aproximadamente cuatrocientos millones de años después de la formación de la Tierra y nuestro sistema solar.

La coautora, la Dra. Sandra Álvarez-Carretero de la Facultad de Ciencias de la Tierra de Bristol, dijo: «No esperábamos que LUCA fuera tan antiguo, sólo unos cientos de millones de años después de que se formara la Tierra. Sin embargo, nuestros resultados están en línea con las opiniones modernas sobre la habitabilidad de la Tierra primordial».

Conocimientos fisiológicos y modelado evolutivo de LUCA.

A continuación, el equipo profundizó en la biología de LUCA modelando las características fisiológicas de las especies vivas a través de la genealogía de la vida hasta LUCA. El autor principal, el Dr. Edmund Moody, explicó: «La historia evolutiva de los genes se complica por su intercambio entre linajes. Debemos utilizar modelos evolutivos complejos para conciliar la historia evolutiva de los genes con la genealogía de las especies».

El coautor Dr. Tom Williams de la Facultad de Ciencias Biológicas de Bristol dijo: «Una de las ventajas reales aquí es la aplicación del enfoque de reconciliación de genes, especies y árboles a un conjunto de datos tan diverso que representa los dominios primarios de las vidas de Archaea y Bacteria. Esto permite decir con cierta confianza y evaluar ese nivel de confianza sobre cómo vivió LUCA».

Complejidad e impacto ambiental de LUCA

El coautor, el profesor Davide Pisani, dijo: «Nuestro estudio demostró que LUCA era un organismo complejo, no muy diferente de los procariotas modernos, pero lo realmente interesante es que está claro que poseía un sistema inmunológico temprano, lo que demuestra que incluso hace 4.200 millones de años Hace años, nuestro antepasado estaba involucrado en una carrera armamentista con virus».

El coautor Tim Lenton (Universidad de Exeter, Facultad de Geografía) dijo: “Está claro que LUCA estaba explotando y modificando su entorno, pero es poco probable que sus desechos hubieran sido alimento para otros microbios, como por ejemplo. metanógenos, lo que habría ayudado a crear un ecosistema de reciclaje».

Implicaciones más amplias del estudio de la primera infancia

«Los resultados y métodos empleados en este trabajo también servirán de base para estudios futuros que examinen con más detalle la evolución posterior de los procariotas a la luz de la historia de la Tierra, incluidas las Archaea menos estudiadas con sus representantes metanogénicos», añadió la coautora, la profesora Anja Spang (Real Holanda). Instituto de Investigaciones del Mar).

El coautor, el profesor Philip Donoghue, dijo: «Nuestro trabajo reúne datos y métodos de múltiples disciplinas, revelando conocimientos sobre la Tierra primitiva y la vida que no podrían lograrse con una sola disciplina. También demuestra la rapidez con la que se estableció un ecosistema en la Tierra primitiva. «Esto sugiere que la vida podría prosperar en biosferas similares a la Tierra en otras partes del universo».

Referencia: “La naturaleza del último ancestro común universal y su impacto en el sistema terrestre primitivo” por Edmund R.R. Moody, Sandra Álvarez-Carretero, Tara A. Mahendrarajah, James W. Clark, Holly C. Betts, Nina Dombrowski, Lénárd L Szánthó, Richard A. Boyle, Stuart Daines, Xi Chen, Nick Lane, Ziheng Yang, Graham A. Shields, Gergely J. Szöllősi, Anja Spang, Davide Pisani, Tom A. Williams, Timothy M. Lenton y Philip C.J. Donoghue. , 12 de julio de 2024, Naturaleza Ecología y Evolución.
DOI: 10.1038/s41559-024-02461-1

En el estudio también participaron científicos del University College London (UCL), la Universidad de Utrecht, el Centro de Investigación Ecológica de Budapest y la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa.

La investigación fue financiada por la Fundación John Templeton. Las opiniones expresadas en esta publicación son las de los autores y no reflejan necesariamente las opiniones de la Fundación John Templeton.