Download cual es el ultimo ancestro universal comun luca

autorbio
AnthonyPoole
recibiósu
doctoradodel
Institutode
Ciencias
Biológicas
Moleculares
(Institute...
más
¿CuáleselÚltimoAncestroUniversalComún(LUCA)?
AnthonyM.Poole
UnartículooriginaldeActionBioscience.org
Abril2009
NotadelEditor:Estesitiowebtambiénproveecomo
»english
suplementounartículoexhaustivooriginalsobreLUCA
porA.M.Poole.
puntosprincipalesdelartículo
LUCA(porsussiglaseninglés),elúltimoancestrouniversalcomún,estodavía
Enelcampode
unenigma,peroloscientíficoshanpodido:
estudiosobrela
encontrarmásrespuestasenelcódigogenético
vidatemprana
modificaryreconstruirárbolesevolutivos
enlaTierra,un
comprendermásacercadelroldelintercambiodegenesenlaevolución.
nombre
sobresalepor
encimade
leaelartículo
todoslos
Lascélulassontanpequeñasque
demás:LUCA.
inclusoungrupodeéstascélulas
LUCAnoesel
provenientesdeunraton,tansolo
nombredeun
científico
miden50micrones.Imagende
famosoeneste
wikibook,librodetextoCellBiology,
campo;esla
JohnSchmidt.
abreviaturadela
fraseeninglés
LastUniversalCommonAncestor,traducidoalespañol
comoÚltimoAncestroUniversalComún,unacélulaque
vivióhace3o4millonesdemillonesdeaños,ydela
cualhaevolucionadotodalavidaenlatierra.
Increíblemente,todoslosorganismosvivosquevemos
hoyendía(ymuchosmásquetansolopodemosver
conlaayudadeunmicroscopio)estánrelacionados.Por
loquesabemos,lavidaenlatierrasurgiótansolouna
vez.
Respuestasenelcódigogenético
Lavidaexisteentodaclasedeformasytamaños,desde
nosotrosloshumanoshastalasbacterias.Porlotanto
¿cómosabemosquetodavidahaevolucionadodesde
unasolacélula?Larespuestaseencuentraescritaenel
lenguajedelcódigogenético(imagenA).
Elcódigo
genético
esel
lenguaje
enel
quela
mayoría
delos
genes
son
escritos
enel
ADN.
Tales
genes
ImagenA:Larespuestase
encuentraescritaenellenguajedel
códigogenético.Imagende
NIH.gov.
constituyenrecetasparahacerproteínas.
Lasproteínassonlasquehacenquelacélula CreatedwithPrintWhatYouLike.com
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Lasproteínassonlasquehacenquelacélula
funcione,haciéndolotodo,desdefabricarADN
hastadigerirlacomidaqueingerimosyextraer
susnutrientes.
Increíblemente,exactamenteelmismocódigoes
usadoenhumanosybacterias,detalmanera
queungendeunserhumanopuedeser
colocadoenunabacteria,ylabacteriafabricala
proteínahumana–asíescomosehacela
insulina.
Elhechodequeelcódigogenéticoseauniversalpara
todaslasformasdevidanosindicaquetodoestá
relacionado.Todavidaseregeneraproduciendoprole,y
atravésdeltiempopequeñoscambiosenlaproleda
comoresultadopequeñoscambiosenlasrecetasde
lasproteínas.Peropuestoquelasrecetasestán
escritasenelmismolenguaje(elcódigogenético),es
posiblecompararestasrecetas(yotrosgenes)paraasí
construirelequivalentedeunárbolgenealógico.
Árbolesgenealógicos
Deestaforma,
losbiólogoshan
logradocrear“la
madre”de
todoslos
árboles
genealógicos:
elárboldela
ImagenB:Archaea-organismos
vida.Elárbol
espera
simples.ImagendeHalobacterium
establecerlas
sp.strainNRC-1,NASA
relacionesentre
todaslascosas
vivientes,yya
harevelado
algunas
sorpresas.La
másimpactante
esel
descubrimiento
ImagenC:Escherichiacolibacilli
dearchaea
bacteria.Peropesealas
(imagenB ).
apariencias,losarchaeaylas
Estosson
bacteriassontandiferenteseluno
organismos
delotro.Imagende:NIH.
simplesqueal
serobservados
nosepuedendistinguirdelasbacterias(imagenC).
Antesdequefueraconstruidoelprototipodelárbolde
lavidaen1977,secreíaquelavidateníadosramas
principales,loseucariontes(porejemploplantas,
animalesyhongos)ylosprocariontes(bacterias,ylo
queahoraseconocecomoarchaea).Ladecisiónde
dividirlavidaendosramassebasóengranparte,enlas
diferenciasvisualesentrelascélulas.Loseucariontes
todosposeenunnúcleocelular(imagenD )mientras
quelosprocariontes(imagenE )no.Peropesealas
apariencias,losarchaeaylasbacteriassontan
diferenteselunodelotrocomocadaunodeellosloes
deloseucariontes.Porlotanto,ahorasesabequeel
árboldelavidaconsisteen:
Archaea
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Archaea
Bacterias
Eucariontes
Esincreíblequehastahacesolo25añosnisiquierase
nospasabaporlamentequenosotrosylasbacterias
compartíamoselplanetaconunaterceraformadevida!
LaReconstruccióndeLUCA
Elárboldela
vidaesunode
losgrandes
logrosdela
biología(imagen
F).Peropara
algunos
investigadores
representa
simplementela
elmediopara
alcanzaruna
ImagenF:Unárboldevida
meta.Estos
filogenético.Elpurocentro
investigadores
representaaLUCA.Rosado
estántratando
representaeucariontes;moradodereconstruira
azuloso,bacterias;verde,archaea.
LUCA,lacélula
Fuente:WikimediaCommons.
delacualtoda
vidaevolucionó.
Lapreguntaqueplanteanes,“quérasgosdelos
archea,lasbacteriasyloseucariontespuedenser
rastreadoshastasuancestrocomún,LUCA?”Esta
deberíaserunatareasencilla–simplementecomparar
lostresgruposyescogerlosrasgosquesoncomunes
atodos.Enprincipio,lareconstruccióndeLUCAdebería
serunacosasimpledehacer,dadoqueyahansido
descifradosmásomenos70genomascompletosa
travésdetodoelárbol.(Ungenomaalbergatodoslos
genesenunorganismo,yun“catálogo”deesosgenes
seobtienealhacerlasecuenciadelADNdel
organismo.)Desafortunadamentenoestansencillo,por
dosrazones:
Losgenessepierden
Losgenesseintercambian
¿Cómopodemosdecirsiungenesantiguo?
Laimplicacióndelhechodequelosgenesse
pierdenesquecuandounocomparalos
genomasparavercualesgenessoncomunesa
todaslasformasdevida(esdecir,cualesson
“universales”),subestimamoselnúmerode
genesqueLUCAteniaoriginalmente.Algunosde
losgenesquenosonuniversalespuedenser
añadidosaLUCA,puestoquealobservarloque
hacen,sepuedenencontrarpistassobresus
orígenes.Apesardequepodemoshacer
conjeturasconciertabase,desiungennouniversalseencontrabaenLUCA,lamayoríade
losgenesquenosonuniversalesson
probablemente“invencionesnuevas”,
específicosdeunadelastresramasmayoresdel
árbol.Dehecho,muchospuedenserespecíficos
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árbol.Dehecho,muchospuedenserespecíficos
deunsologrupopequeñode,porejemplo,
archae.
Otraformadechequearsiungenesantiguo,es
versiesunarecetadeproteínaodeARN.Esta
esunapistaimportantepuestoquealgunos
ARNsdatandeunperíodoaúnmásantiguoque
laépocaenlaqueLUCAvivió.Lalógicaesesta:
siunARNesmásantiguoqueLUCA,entonces
LUCAtambiénlotenía,aunqueeseARNyano
seauniversal.
Peseaquelidiarconlapérdidadegeneses
problemático,noesunobstáculoinsuperable–
simplementesignificaquelareconstruccióndeLUCA
estarásalpicadademuchasconjeturas,y
probablementedealgunaslagunas.Peroelintercambio
degenesescosatotalmenteaparte–amenazacon
derrumbarelárboldelavidayenviaraLUCAalabasura.
Transferenciahorizontaldegenes
Durantedécadassehasabidodelintercambiode
genes(o“transferenciahorizontaldegenes”comolos
biólogoslallamanamenudo).Loquelosbiólogoshasta
ahoraempiezanainvestigaresquépuntolosgenes
sontransferidosentreorganismos.Lacomparaciónde
dosbacteriasdelamismaespeciereveladiferencias
mayores.Porejemplo,laEscherichiacoliesunabacteria
comúndelintestino,lacualformapartedenuestraflora
intestinalnatural.PerolacepaO157:H7causadolencias
gastrointestinalesseveras.Losgenomas,tantodeuna
varianteinofensiva(K-12),comolosdelascepasde
O157:H7,hansidodescifradosycomparados,yel
resultadoesasombroso.
1387delos5416genes(26%)deO157:H7no
seencuentranenK-12
528delos4405genes(12%)deK-12nose
encuentranenO157:H7
PodríadecirsequemuchosdelosgenesdeO157:H7
songenes“extranjeros”quehansidoprestadosdeotra
parte.Sicomparamosdospersonas,oinclusouna
personaconunchimpancé,estetipodevariaciónnose
encuentraniremotamente–loshumanostodos
compartenlosmismosgenes,yloshumanosylos
chimpancéspuedequesolotenganunoscuantos
genesdiferentesentrenuestrasdosespecies.
Aunnivelmásamplio,unacomparaciónahorafamosa
entreEscherichiacoliK-12ySalmonellaentérica(otra
especiedebacteriaamenudoresponsabledel
envenenamientoconcomida)concluyóque:
Comomínimo,un17%delgenomadek-12ha
sidoprestadodesdequeestasdosbacteriasse
separarondeunancestrocomún,hace
alrededorde100millonesdeaños.
LUCAhabríarecorridolatierrahace3o4billones
deaños,porlotanto,sitodoslosgenesse
intercambiantanfácilmente,cualquierevidencia
deLUCAsehubieramezclado,puestoquelos
genomassonrevueltosenformatansevera.
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¿DóndevaapararLUCAentodoesto?Unpesimistadiría
queLUCAestafueradealcance.Sinembargo,noes
obviodeformaalgunaquetodoslosgenessean
igualmenteintercambiables.Algunos,talescomolos
genesderesistenciaalosantibióticos,sonel
equivalentedegitanos,entérminosdegenes:
cuandohayunantibióticopresente,ellosle
proporcionanresistenciaaunabacteria
unavezqueelantibióticodesaparece,amenudo
ellostambiénsepierden
Otrosgenesproducenproteínasqueseenganchancon
otrasproteínasformandoasícomplejosgrandesde
proteínas,algoasícomounrompecabezas
tridimensional.Laposibilidaddequeunadelaspiezas
delrompecabezassepuedaintercambiarconlapieza
equivalentedelrompecabezasdeotroorganismo,
dependerádequétansimilaresseanlos
rompecabezas.LaEscherichiacoliK-12yelO157:H7
probablementepodríanintercambiardichosgenescon
relativafacilidad,perounabacteriayunarchaeon
probablementenotendríanningunaposibilidadde
hacerlo,peseaquedichosrompecabezasjueganel
mismopapelbiológico.¿Eselintercambiodegenestan
comúnatravésdeotrasramasdelárbol?Nosotroslos
animalesnotenemostendenciadeintercambiarrecetas
deproteínastalcomolohacenlasbacterias,sin
embargo,lohemoshechoenelpasado.Actualmente
existeevidenciaabrumadoradequesomosenparte
bacteria.
Nuestraascendenciabacterianavieneenforma
demitocondrias(imagenG ,diminutas
centraleseléctricasdentrodenuestrascélulas.
ElADNdenuestrasmitocondriasesminúsculo,y
cuentatansoloconunpuñadodegenes.Pero
enunmomentodadoenelpasado,las
mitocondriasfueronverdaderasbacterias,que
sealojarondentrodeunodenuestrosancestros
unicelularesdistantes,yentablaronasociación
conellos.
Desdeeseentonces,lamayoríadelADNdela
bacteriaoriginalhasidodesechado,perogran
partedeélhaidoapararalADNdenuestro
núcleo(imagenD ).
LabuenanoticiaparalosbiólogosdeLUCAesque
parecequesomosmuyexitososenidentificarqué
pedazosdenuestroADNnuclearprovienende
mitocondrias,ycuálesseencontrabanyaallí.Detal
maneraqueenciertamedida,puedequeseaposible
desenmarañarpartesdelárboldelavida.¿Peroesesto
suficienteparasalvaraLUCA?
©2000-2016AmericanInstituteofBiologicalSciences.Todoslosderechosreservados.
¿UnoomuchosLUCAS?
CarlWoese,unodelospersonajesclavesenelintento
dereconstruirelárboldelavida,lehaagregadootro
sesgoalrompecabezasLUCA.Eltieneentusiasmadosa
losinvestigadoresalsugerirque:
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