lunes 6, febrero 2023
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El hidrógeno fue decisivo para los primeros eucariotas

Madrid, 31 Dic. (EUROPA PRESS).- Un nuevo estudio de la ecología de un grupo enigmático de organismos unicelulares respalda la idea de que el hidrógeno fue decisivo en la evolución de las primeras células nucleadas.

Uno de los desarrollos más importantes en la historia de la evolución biológica ocurrió hace aproximadamente 2.000 millones de años con la aparición de los primeros eucariotas, organismos unicelulares que contienen un núcleo diferenciado mediante una membrana.

Este primer linaje eucariota posteriormente daría lugar a todos los organismos superiores, incluidas las plantas y los animales, pero sus orígenes siguen siendo oscuros.

Hace algunos años, los microbiólogos analizaron secuencias de ADN de sedimentos marinos, que arrojan nueva luz sobre el problema. Estos sedimentos fueron recuperados de un respiradero hidrotermal en un sitio conocido como el Castillo de Loki (llamado así por el dios nórdico del fuego) en la Cordillera del Atlántico Medio en el Océano Ártico. La secuenciación de las moléculas de ADN que contenían reveló que derivaban de un grupo de microorganismos previamente desconocido.

Aunque las células de las que se originó el ADN no pudieron aislarse y caracterizarse directamente, los datos de la secuencia mostraron que estaban estrechamente relacionadas con las Archaea. Por lo tanto, los investigadores nombraron al nuevo grupo Lokiarchaeota.

Archaea, junto con las bacterias phylum, son los linajes más antiguos conocidos de organismos unicelulares. Sorprendentemente, los genomas de la Lokiarchaeota indicaron que podrían exhibir características estructurales y bioquímicas que de otro modo son específicas de los eucariotas. Esto sugiere que el Lokiarchaeota podría estar relacionado con el último ancestro común de los eucariotas. De hecho, el análisis filogenómico del ADN de Lokiarchaeota del Castillo de Loki sugirió fuertemente que derivaban de los descendientes de uno de los últimos antepasados comunes de Eukaryota y Archaea.

El profesor William Orsi, del Departamento de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente de la LMU (Ludwig-Maximilians-Universitaet), en cooperación con científicos de la Universidad de Oldenburg y el Instituto Max Planck de Microbiología Marina, ha podido examinar directamente la actividad y el metabolismo de la Lokiarchaeota.

Los resultados apoyan la relación sugerida entre Lokiarchaeota y eucariotas, y proporcionan pistas sobre la naturaleza del entorno en el que evolucionaron los primeros eucariotas. Los nuevos hallazgos aparecen en la revista Nature Microbiology.

El escenario más probable para el surgimiento de eucariotas es que surgieron de una simbiosis en la que el huésped era una célula arqueal y el simbionte era una bacteria. Según esta teoría, el simbionte bacteriano posteriormente dio origen a las mitocondrias, los orgánulos intracelulares que son responsables de la producción de energía en las células eucariotas. Una hipótesis propone que el huésped arqueo dependía del hidrógeno para su metabolismo, y que el precursor de la mitocondria lo producía.

Esta «hipótesis del hidrógeno» plantea que las dos células asociadas presumiblemente vivían en un ambiente anóxico que era rico en hidrógeno, y si se hubieran separado de la fuente de hidrógeno se habrían vuelto más dependientes entre sí para sobrevivir, lo que podría conducir a un evento endosimbiótico. «Si los Lokiarchaeota, como descendientes de este supuesto ur-arqueón, también dependen del hidrógeno, esto respaldaría la hipótesis del hidrógeno», dice Orsi. «Sin embargo, hasta ahora, la ecología de estas Archaea en su hábitat natural era una cuestión de especulación».

Orsi y su equipo ahora, por primera vez, caracterizaron el metabolismo celular de Lokiarchaeota recuperado de los núcleos de sedimentos obtenidos del fondo marino en una extensa región agotada de oxígeno en la costa de Namibia. Lo hicieron analizando el ARN presente en estas muestras. Las moléculas de ARN se copian del ADN genómico y sirven como planos para la síntesis de proteínas. Por lo tanto, sus secuencias reflejan patrones y niveles de actividad genética. Los análisis de secuencia revelaron que Lokiarchaeota en estas muestras superó a las bacterias en 100 a 1000 veces.

«Eso indica fuertemente que estos sedimentos son un hábitat favorable para ellos, promoviendo su actividad», dice Orsi. Él y sus colegas pudieron establecer cultivos de enriquecimiento de Lokiarchaeota en las muestras de sedimentos en el laboratorio. Esto les permitió estudiar el metabolismo de estas células utilizando isótopos de carbono estables como marcadores.

Los resultados demostraron que los microorganismos hacen uso de una red compleja de vías metabólicas. Además, los datos confirmaron que Lokiarchaea de hecho usa hidrógeno para la fijación de dióxido de carbono. Este proceso mejora la eficiencia del metabolismo y permite que estas especies mantengan altos niveles de actividad bioquímica, a pesar de las condiciones de energía limitada de su hábitat natural anóxico.

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