Descubren cuándo vivió el último ancestro común universal (LUCA)

El origen de la vida es uno de los misterios casi insondables para la ciencia. Y decimos ‘casi’, porque desde las hipótesis de la abiogénesis de Oparin y Haldane hace algo más de un siglo, pasando por el célebre experimento de Miller y Urey en 1953, hasta las últimas investigaciones científicas, el misterio se va resolviendo, poco a poco, pero de forma imparable.

No estamos seguros de cómo surgió el linaje de vida que dio lugar a la biosfera tal y como la conocemos hoy, tras miles de millones de años de evolución. Pero no porque no se conozca algún mecanismo por el que dar el paso de la cinética química a la dinámica evolutiva, sino porque se conocen varios procesos viables, y no sabemos cuál de todos pudo ser el protagonista, o si fue otro aún desconocido. Es más, existe la posibilidad de que varios de ellos sucedieran de forma independiente, que la vida surgiese de varias formas, y que de esos múltiples linajes primordiales, se extinguiesen todos menos uno, el que existe actualmente.

Lo que sí sabemos es que todos los seres vivos que existen hoy pertenecen a un solo linaje, y no a varios. Animales, plantas, hongos e incluso arqueas y bacterias, tienen el mismo origen; lo que en filogenia se denomina un grupo monofilético, es decir, con un mismo ancestro común. Aquel ancestro común recibe el sobrenombre de LUCA, acrónimo en inglés de último ancestro común universal (last universal common ancestor).

En contra de lo que en ocasiones se interpreta, LUCA no es el primer ser vivo que existió; hubo vida antes de LUCA, generaciones y generaciones de organismos protobiontes, divergieron a ramas muertas del gran árbol de la evolución. LUCA es, solo —y nada menos— el último organismo de un linaje que, desde ese punto, se diversificaría en dos grandes ramas, bacterias y arqueas, y posteriormente, un grupo de estas —arqueas de Asgard— divergería para formar las eucariotas o células con núcleo, donde se incluyen plantas, hongos y animales.

La identidad de LUCA

Antiguamente se intentaba averiguar la antigüedad del último ancestro común mediante el estudio del registro fósil. Pero este método presenta dos dificultades que lo hacen prácticamente inútil: cuanto más atrás se retrocede en el tiempo, peor es la conservación de los fósiles y más difícil su estudio; y por otro lado, cuanto más pequeños y simples son los organismos, más compleja es su fosilización y sus fósiles, más indetectables.

La existencia de LUCA se hizo patente cuando se descubrió el código genético, en la década de 1960, que no debe confundirse con el genoma o con la secuencia genética. Gracias a este descubrimiento, se pudo observar que todos los seres vivos conocidos comparten, en origen, el mismo código genético, independientemente de cuál sea su secuencia.

Tal descubrimiento hizo posible llegar a varias conclusiones. En primer lugar, todos los seres vivos estamos emparentados, compartimos ancestros. En segundo lugar, ese código debió de aparecer muy pronto en el proceso evolutivo, y fue tan eficiente que se conservó intacto en la mayoría de grupos —antes pudo haber otros códigos—. En tercer lugar, el último ancestro común tuvo que emplear ya ese código genético antes de diversificarse.

¿LUCA tuvo ADN o ARN?

Se dice que, como conclusión, se deduce que LUCA tuvo que tener ADN como material genético, ya que se asume que el código genético se asocia con esta molécula. Sin embargo, esta conclusión no es correcta: el código genético en realidad relaciona el ARN con las proteínas, y no hace falta ADN para que se conserve. Por lo que no hay motivo para que LUCA sea un organismo basado en ADN.

Esta premisa ha sido recientemente discutida por algunos investigadores. Según el profesor Patrick Forterre, el investigador que acuñó el nombre de “LUCA”, y su equipo del Instituto Pasteur, el ADN surgió como una adaptación posterior en arqueas y bacterias, de forma independiente, como una convergencia evolutiva, y LUCA pudo haber sido un organismo basado en ARN.

Estimando la antigüedad de LUCA

Calcular cuándo vivió LUCA no es fácil. Tradicionalmente, se afirmaba que el estudio genético era la mejor forma de remontarse al pasado. Pero si el ADN y su metabolismo asociado es posterior a la diversificación de bacterias y arqueas, no resulta útil para hallar a LUCA. Hay, pues, que buscar en otro sitio.

Muy recientemente, un grupo de investigación, liderado por los profesores Anja Spang, del Real Instituto Neerlandés para la Investigación del Mar, y Tom A. Williams, de la Universidad de Bristol (EEUU) ha desarrollado una investigación que parece apuntar en la dirección correcta. Se han centrado en la evolución de la ATP-sintasa, una enzima esencial en los sistemas biológicos, localizada en las membranas celulares, y encargada de sintetizar adenosín trifosfato (ATP), la principal fuente de energía utilizada por las células. Los resultados de este estudio indican que la presencia de ATP-sintasa es muy temprana en la historia de la vida celular, posiblemente antes de LUCA.

La investigación en la ATP-sintasa ofrece, así, una nueva perspectiva a la hora de estudiar la antigüedad de LUCA. Al fin y al cabo, este último ancestro se encuentra justo antes de la diversificación de bacterias y arqueas, y ambos grupos presentan un tipo de ATP-sintasa distinta: las bacterias, así como cloroplastos y mitocondrias —descendientes evolutivos de ellas— tienen la ATP-sintasa tipo F, mientras que las arqueas —y sus descendientes, las eucariotas— tienen ATP-sintasa tipo A/V. Si se pudiese calcular en qué momento divergieron los tipos F y A/V, se podría deducir cuándo vivió LUCA.

Y es lo que el equipo de Spang y Williams ha conseguido. Aunque calcular la fecha exacta todavía es un reto, la investigación estima un rango de tiempo de entre 4320 y 4520 millones de años para la existencia de LUCA. Esto adelanta casi 500 millones de años el origen de la vida misma respecto a los cálculos previos, y lo sitúa en un momento mucho más temprano en la historia de la Tierra. Si las estimaciones de Spang y Williams son correctas, el planeta solo tendría entre 23 y 223 millones de años cuando LUCA ya estaba dividiéndose y diversificándose.

Referencias: