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La hipótesis de LUCA el mega-organismo

Área: Biología — jueves, 1 de diciembre de 2011

LUCA pudo ser una sopa de intercambio genético a escala global que formaría algo así como un mega-organismo.

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Imagine el lector que disponemos de una máquina que nos permita movernos hacia atrás en el tiempo. Esto preservaría la causalidad siempre y cuando no interfiriéramos para nada en el pasado, ni siquiera con los posibles fotones que nuestros sistemas de visión restasen de esos tiempos pretéritos.
Aquellos a los que les guste las humanidades o la Historia seguro que les encantaría ver la revolución industrial, las batallas napoleónicas o el descubrimiento y conquista de América. A los historiadores de la ciencia les gustaría ver la revolución del conocimiento que creó la Física Moderna a principios del siglo XX, o ver el proceso a Galileo (¿dijo o no dijo eso de “eppur si muove”?), la expansión de la imprenta o la difusión de la aritmética.
A los que nos gusta la ciencia quizás nos apasione más otras cosas. Con esa máquina imaginaria podríamos ver a nuestros antepasados salir de la jungla hacia la sabana y conquistar el mundo, ver la Tierra virgen que había antes de que el hombre osara destruir la Naturaleza, un mundo cruel y perfecto. Ver la aparición de las praderas de hierba por primera vez y los rumiantes caminado sobre ellas. Comprobar la verdadera causa de la desaparición de los dinosaurios o ver la aparición de las flores y contemplar cómo todo se cubría de color.
Mientras que viajáramos hacia atrás en el tiempo podríamos ir estudiando las especies de animales y plantas, probablemente sorprendentes y maravillosas, que no nos dejaron fósiles. Podríamos reconstruir una verdadera Historia del mundo de lo vivo. Nos encontraríamos con sorpresas que nunca habríamos sido capaces de imaginar.
Según fuéramos más hacia atrás en el tiempo podríamos apreciar cómo se mueven los continentes y cómo la Luna parece más cercana, aunque sepamos que no lo podemos notar. Las montañas erosionadas el siglo XXI se alzarían majestuosas para disminuir luego su altura según las placas continentales dejaran de colisionar. Una tectónica que siempre ha condicionado la vida en la Tierra.
Veríamos la gran extinción del Pérmico, la madre de todas las extinciones, y la agonía de casi todas las especies de seres que en ese momento habitaban este mismo mundo. Más atrás aún llegaríamos al Carbonífero con sus bosques húmedos, cálidos y pantanosos sobre los que sobrevolaban libélulas gigantes. ¿Qué otras especies extrañas nos encontraríamos allí?
Conforme viajáramos aún más atrás en el tiempo vemos la explosión del Cámbrico y las razones por las que se dio. Y aún más atrás la famosa fauna de Ediácara. Por fin sabríamos qué clase de criaturas eran y podríamos contemplar muchas de las especies contemporáneas que nunca conocimos.
Aun más atrás hay sólo vida microbiana, y épocas en las que el planeta está cubierto casi al completo por el hielo. Las únicas estructuras biológicas visibles a simple vista serían los estromatolitos.
Con nuestros instrumentos podríamos estudiar y ver esa vida microbiana y comprobar cómo consiguió enriquecer la atmósfera con oxígeno, gas que permitió la aparición más tarde de la vida animal.
Esos mismos instrumentos nos permitirían analizar la aparición de las distintas rutas metabólicas o de la fotosíntesis. Y por último podríamos ver cómo apareció la vida en la Tierra. Todos los seres vivos que ha habido después, todos los descritos en este viaje imaginario, son descendientes de esa primera forma de vida independiente.
Aquí termina nuestro viaje y las descripciones de la vida que sabemos había en cada momento. No podemos decir mucho sobre esa primera vida porque la realidad es que no se sabe cómo apareció la vida en la Tierra. Una vez se tienen células y una evolución darwiniana es muy fácil explicar el posterior desarrollo de la historia biológica, pero la aparición de vida supuso un punto de inflexión absoluto. No sabemos, ni siquiera, si esa aparición de vida fue inevitable o algo milagroso desde el punto de vista estadístico. A esa primera forma de vida la hemos llamado LUCA (last universal common ancestor), aunque por aquí un comentarista propuso que se le llamara PACU (Primer Ancestro Común Universal).
Hace 2900 millones de años que LUCA se escindió en los distintos dominios de la vida: bacterias y arqueas, y más tarde se dio lugar a los más complejos eucariotas que a su vez dieron lugar a las plantas y animales. Pero es difícil saber lo que paso antes de esa separación primigenia. No hay fósiles que nos guíen.

Hay ideas que no importa que sean verdad o que nunca se pueda comprobar si son válidas o no, son tan bonitas que excitan nuestra imaginación. Según una nueva hipótesis, hace 3000 millones de años el planeta en su conjunto era un sólo organismo, un mega-organismo como nunca se había visto, como nunca se vería posteriormente. Ese organismo rellenaría los océanos terrestres de la época y finalmente dio lugar al antepasado que todas las formas de vida que ha habido en la Tierra hasta el presente, incluidos nosotros mismos. Esta hipótesis surge de los esfuerzos por explicar cómo pudo ser LUCA.
Según esta idea LUCA sería el resultado de una forma de vida global que lucho por sobrevivir en los océanos primigenios. Éstos eran una sopa de intercambio genético a escala global durante cientos de millones de años. Las células lucharían por sobrevivir por ellas mismas intercambiando partes útiles con las demás sin competir entre ellas, creando una especie de mega-organismo. Esta nueva idea proviene de Gustavo Caetano-Anollés de University of Illinois en Urbana-Champaign.
Mientras que los genes pueden cambiar rápidamente, la estructura de las proteínas que codifican es más resistente al cambio. Recordemos que la función de una proteína depende de esa estructura tridimensional. Muchas de las mutaciones que cambian una o varias bases no tienen ningún efecto en la estructura terciaria de la proteína. Según este investigador, si asumimos esto podemos apostar que muchas de las proteínas esenciales actuales tenían que tener una estructura muy similar en LUCA, aunque su secuencia de aminoácidos fuera distinta. Caetano-Anollés llama “fósiles vivientes” a esas estructuras proteicas y como su estructura nos dicta su función podrían decirnos cómo pudo ser LUCA.
Este investigador buscó en las bases de datos de 420 organismos modernos en busca de estructuras comunes a todos ellos para reconstruir las proteínas que una vez formaron LUCA. Sólo un pequeño porcentaje era común a todos ellos y asumió que se habían conservado desde los tiempos de LUCA.
Según esto LUCA tenía enzimas para degradar azúcares y para extraer energía de nutrientes. Pero a la vez carecía de las enzimas necesarias para construir y leer ADN [1]. Este resultado es similar al alcanzado por Wolfgang Nitschke del Instituto Mediterráneo de Microbiología en Marsella.
Anthony Poole, de University of Canterbury en Christchurch (Nueva Zelanda), ha estudiado las enzimas ribonucleótiodos reductasas, que construyen los bloques de ADN y tampoco ha encontrado pruebas de que LUCA las tuviera [2].
Si LUCA estaba formado por células, entonces éstas tendrían membranas. Según Armen Mulkidjanian, de la Universidad de Osnabrück, eran membranas isoprenoides muy simples y más permeables que los actuales diseños [3]. Para llegar a esa conclusión ha seguido la historia evolutiva de esta parte celular.
LUCA probablemente tenía también orgánulos. Porque, aunque se creía que éstos eran exclusivos de los eurcariotas, en 2003 se encontró un orgánulo en bacterias y recientemente también en arqueas por el propio Caetano-Anollés. Estos orgánulos, denominados acidocalcisomas, se encuentran, por tanto, en los tres dominios de la vida y por consiguiente también se encontrarían en LUCA [4].
Así que LUCA tenía un metabolismo, orgánulos internos simples y una membrana bastante permeable, pero carecía de ADN. Así que es posible, como siempre se ha hipotetizado, que LUCA estuviera basado en el ARN. El ARN, además de portar información, puede catalizar reacciones bioquímicas.
Según Massimo Di Giulio, del Instituto de Genética y Biofíisca de Napoles, LUCA tuvo que ser “progenote”, con escaso control sobre las proteínas que fabricaba. Los progenotes pueden hacer proteínas usando genes como una plantilla, pero el proceso es propenso al error y las proteínas obtenidas pueden ser distintas a lo que especifica el gen. Di Giulio y Caetano-Anollés dicen haber encontrado pruebas de que el sistema para sintetizar proteínas con precisión apareció mucho después que LUCA.
Según Caetano-Anollés, las células que componían LUCA tuvieron que compartir genes y proteínas unas con las otras para poder sobrellevar esta condición. Moléculas nuevas y útiles podían haber pasado de una a otra célula sin mediar competición hasta conseguir un sistema globalizado. Cualquier célula que se saliera del juego estaba condenada. Era más importante cooperar que competir. Según Caetano-Anollés esta falta de competición y libertad de intercambio hicieron que el océano primordial funcionara esencialmente como un único mega-organismo.
Otros investigadores encuentran plausible que se compartieran genes, enzimas y metaboilitos a través de esas membranas permeables, sobre todo porque se ha podido comprobar en comunidades microbianas actuales ese intercambio genético sin el cual no pueden sobrevivir. Aunque, naturalmente, esta hipótesis es muy difícil de demostrar.
Una vez que las células de esta sopa empezaron a ser cada vez más independientes el mega-organismo desapareció para dar lugar a células independientes que competían bajo las reglas darwinistas de la evolución y la vida ya nunca volvió a ser la misma. Ese evento se daría hace 2900 millones de años, justo cuando apareció por primera vez el oxígeno libre en la atmósfera.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3672

Fuentes y referencias:
New Scientist.
Ilustración: NeoFronteras.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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14 Comentarios

  1. pvl:

    Efectivamente es una teoría muy sugerente. Me ha recordado al fenómeno físico de los cambios de fase:un bloque de hielo que tiene unas determinadas propiedades físicas y que llegado al punto de transición, se “muta” como por encanto, en una sustancia como el agua líquida con unas propiedades completamente diferentes.

  2. NeoFronteras:

    Estimado pvl:
    Su idea de la transición de fase es una metáfora muy acertada, queda por saber qué variable es la que varía o qué hace el papel de parámetro de orden, pero se podría ver así.

  3. lluís:

    El comentarista que denominó “PACU” a “LUCA”, si mal no recuerdo, fue el amigo tomás, cuyo sentido del humor es bien conocido entre los comentaristas habituales y quizá entre otros lectores de este sitio.
    Pues sí, estoy muy de acuerdo con lo acertado de la metáfora que hizo pvl. Entre otras cuestiones lo digo, por una especulación que hice pensando en la relación entre “cristales” , transiciones de fase y universo.Nada, una pequeña chorradilla sin importancia.

  4. Atanasio:

    Una imagen muy hermosa. Me recuerda el océano vivo de la famosa novela Solaris, de Stanislaw Lem. Lo cierto es que éste dijo alguna vez sobre esa ficción suya: “No creo imposible que algo semejante pueda existir en algún lugar del Universo”. Aunque no resulte cierta esta teoría, ahora no parece tan descabellada la fantasía literaria de Lem…

  5. Pvl:

    Estimado Neo: la “imagen” de transición de fase me la sugirió concretamente a este párrafo del art: “Una vez que las células de esta sopa empezaron a ser cada vez más independientes el mega-organismo desapareció para dar lugar a células independientes que competían bajo las reglas darwinistas de la evolución y la vida ya nunca volvió a ser la misma”. Es decir en un primer estadío la situación que describe el art.consiste en una especie de “supeorganismo” extendido sobre toda la sopa, en el cual sus orgánulos en vez de competir cooperan de alguna manera (por ejemplo y como simple imagen, al “modo” como lo hacen las distintas células de nuestro organismo): “Moléculas nuevas y útiles podían haber pasado de una a otra célula sin mediar competición hasta conseguir un sistema globalizado. Cualquier célula que se saliera del juego estaba condenada. Era más importante cooperar que competir”. Sin embargo en un momento posterior,el art postula que se rompe la cooperación y los orgánulos transformados en células inician su competición darwiniana. Al momento de transición de una forma a otra me refería con lo de “transición de fase”, puesto que básicamente los mismos “ingredientes” a partir de cierto momento pasan a manifestar propiedades completamente diferentes.
    Espero haberme explicado mejor ahora.
    pdt: sería interesante saber si por ejemplo en nuestro propio organismo existe algo que pueda ser considerado competencia entre nuestras células. Y no me refiero al caso de un tumor en el que las células de este puede interpretarse que entran en competencia con las sanas por el espacio, los nutrientes etc.

  6. tomás:

    La retro-historia que nos relata Neo es preciosa además de su razonable principio. Muy interesante. Creo que debiera proseguirse por ese camino.
    Gracias “lluís” por recordarme. Últimamente y muchas veces, echo de menos tus interesantes comentarios.
    A todos, un abrazo.

  7. Miguel Angel:

    Estimado pvl:

    Lo primero, unirme sinceramente a las felicitaciones por el simil con la “transición de fase”.

    No quiero dejar de recordarte acerca de lo que comentas en tu 5, que hay y ha habido muchos mas ejemplos de colaboración que el de la curiosa hipótesis de la noticia.

    Supongo que ya sabes que existe una teoría que ha cobrado gran fuerza, que dice que en cada una de nuestras células hay un ejemplo de colaboración o simbiosis: las mitocondrias serían bacterias que se convirtieron en el motor de las células. Según Lynn Margulis (la mujer de Carl Sagan y promotora del concepto de “endombiosis”), los cloroplastos de las plantas y algas serían antiguas espiroquetas.

    A nivel de humanos, Daniel Batson en su libro “Empatía y altruismo” da una cifra de un 15% de verdaderos altruistas. especialmente interesante el experimento de “suzanne y las descargas eléctricas” que demostró que, efectivamente hay seres que empatizan con el sufrimiento ajeno de modo totalmente altruista.

    Hay vida después de Thomas Hobbes y Dawkins.

    Saludos y abrazos

  8. Pocose:

    Interesantísimo, casi poético,
    Pero un navajazo de Ockham al costado: los primeros seres vivos son micro, los más inmediatos a ellos, son también micros o simbiosis de micros y en otras factibles hipótesis los posibles “PACUS” son también micro… …
    Claro que en este apasionantísimo mundo de los “PACUS “ y los “PREPACUS” la susodicha navaja puede no ser mortal ni aun para las descabelladas elucubraciones de un ignorante como yo.
    Saludos.

  9. tomás:

    Estimado Pocose:
    Tus objeciones no son descabelladas, pero fíjate que la idea de ese superorganismo enlaza, como dice el artículo, con la supuesta “sopa primigenia”. Por otra parte, el hallazgo de un pequeño porcentaje de estructuras comunes en esos 420 organismos modernos, descarta, como mínimo,la imposibilidad de ese supuesto, además de otorgarle alguna causalidad previa a los microorganismos.
    De todas formas, la navaja de Ockham, que se decanta por la hipótesis más simple, lo haría hacia este supuesto y único macroorganismo que sólo lo sería desde un punto de vista bastante amplio, no como ahora concebimos un ser vivo, pues carecería de algunas requisitos, como la reproducción -que estaría sustituida por el aumento de tamaño hasta donde le fuera posible extenderse- o la imposible adaptación unitaria dada su magnitud. Y quizá esto último pudiera ser el origen de su escisión, si es que existió, lo que supongo muy difícil de probar, aunque no el aportar más fundamentos.
    Un cordial saludo.

  10. Diego Tentor:

    Por estos lugares el PACU es un pez que queda muy rico a la parrilla o a la pizza, espero perdonen mi referencia gastronómica. La nota me recordó que algunas corrientes new age el planeta es GAIA, un ser vivo que, a diferencia de LUCA, sigue vivo (siempre según la new age). También me llama la atención que la misma metáfora tenga un nombre masculino en el seno de la ciencia y un nombre femenino en el terreno de la espiritualidad. Tal vez GAIA y LUCA se dieron una cita en el pasado y de allí venimos nosotros.

  11. Pocose:

    Si en los tres dominios (o en los dos si consideramos a los eucariontes como un simbionte de los otros dos) hay genética ADN, me parece más lógico pensar que en un precursor común también apareciera ADN, y a este llamarlo “PACU”. Pero si queremos llamar “PACU” al primer organismo capaz de auto reproducirse entonces yo prefiero referirme a “PREPACUS” en el mundo ARN.
    No veo tampoco la necesidad de un mega organismo a base de células cooperando en un idílico intercambio de información genética que forzosamente tuviera que padecer un drástico cambio de fase provocado por unas cuantas de ellas, disidentes, egoístas, competitivas, desagradecidas y hasta darwinianas.
    Si en los dominios que conocemos (¿cuantos otros pudieron extinguirse sin dejar ni rastro?) está bastante bien establecido un tipo de evolución, me parece más razonable que en lo que le antecedió, fuera bastante parecido.
    No es que yo pretenda desmontar esta bella hipotes y mucho menos intentar enmendar a científicos de renombrado prestigio, sino que ya que este campo esta aun muy abierto a todo tipo de conjeturas, trato de defender las ideas que sobre él me he ido formando desde que empecé a ir adquiriendo mis básicos conocimientos al respecto. ¿Quién no se vuelve un poco conservador con la edad?
    Nunca imagine que los “PREPACUS” surgieran de una gran sopa primordial, sino que ya fuera aquí o en otro lugar del cosmos (Panspermia), con atmosfera reductora u oxidante, siempre imaginé que surgirían en pequeñas localizaciones donde con condiciones muy particulares, las moléculas precursoras estuviesen expuestas tanto a aportes energéticos exteriores intermitentes, como a dispersiones y acúmulos así mismo intermitentes (frío-calor, sequedad –humedad , día-noche, sólido-liquido, etc.) que pudieran ir dando lugar a una progresiva complejidad de moléculas orgánicas, que en algún momento producirían las primeras riboszimas capaces ya de catalizar tanto la síntesis de proteínas como sus propias replicas de una manera aun bastante imperfecta, imperfecciones que producirían una enorme variedad, aislándose distintas combinaciones de estas moléculas en micro burbujas, de lípidos presentes en el medio, o incluso ya catalizados por ellas mismas, iniciando una cadena de sucesivos y muy variados micro “PREPACUS”, competitivos unos y cooperantes otros, pero sujetos todos a un proceso evolutivo no muy diferente al que conocemos, del que por fin saldría nuestro “PACU”, con la gran ventaja de haberse dotado de una copia de seguridad ADN de todos los conocimientos adquiridos por el camino.
    Y en el caso de que hubiera llegado del espacio, vaya usted a saber cuantos parientes próximos o lejanos, habrá dejado repartidos por ahí.

    Agradeciendo de antemano cualquier posible critica, saludos a todos.

  12. Miguel Angel:

    Estimado Diego Tentor:

    El fenómeno de la “teoría Gaia” trasciende a los circulos “new age” que mencionas: la recientemente fallecida Lynn Margulis era una gran defensora de dicha teoría.

    Muchas gracias por el aporte.

  13. NeoFronteras:

    El principio antrópico y la teoría Gaia tienen algo en común. Tomados en sentido débil son una obviedad y tomados en sentido fuerte una barbaridad.
    Margulis acertó en algunas de sus ideas, pero metió la pata muy profundamente en otras. Como cuando decía que el SIDA no lo causaba el VIH, sino una bacteria.

    Esta teoría del “océano LUCA” tiene el problema que cuenta solamente con argumentos plausibilidad, no de pruebas. Pero los experimentos Miller tienen el mismo problema. A lo más pueden indicar cómo pudo haber sido, no cómo fue. Podemos hacer un barco de papiro y cruzar el Mediterráneo y el Atlántico sin demasiados problemas, pero eso no demuestra que eso mismo lo hicieran los egipcios.

  14. tomás:

    Pues no sé, estmado Neo. El que algo sea una obviedad no le resta validez; en todo caso se la añade y además nos indica lo mucho que hemos tardado en darnos cuenta de lo que resulta ser simple. El “pienso, luego existo” cartesiano, no lo es menos. Hasta podríamos decir “camino, luego existo” y hasta “corre, luego existe”; es cuestión de lo que nuestra mente se sienta capaz de admitir como base para comenzar a discurrir. Y el p. a. fuerte, si lo desnudamos del ropaje con que quieren vestirle los “inteligentes del diseño”, según cómo se enuncie puede ser aceptable. Lo realmente penoso es que incluso el famoso “cogito ergo sum”, no nos permite avanzar; sólo, tanto este como los otros añadir seguridad casi tautológica a nuestros razonamientos.
    Creo recordar que Hawking se peguntaba por qué sería que las matemáticas reflejaban con tanta propiedad la realidad. A mí también me intriga esa cuestión.
    Un abrazo.

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