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Los microorganismos primitivos pueden ayudarnos a entender la Tierra de hace miles de millones de años y a encontrar formas de vida extraterrestres

Un grupo de científicos ha reconstruido cómo era la vida para algunos de los primeros organismos de la Tierra a partir de unas proteínas que capturan la luz en los microorganismos actuales. Estos esfuerzos podrían ayudarnos a reconocer las señales de vida en otros planetas cuyas atmósferas pueden parecerse más a la que tenía nuestro planeta hace miles de millones de años cuando no había oxígeno libre en la atmósfera.

Los primeros seres vivos de la Tierra, incluidas las bacterias y arqueas, habitaban un planeta principalmente oceánico en el que supuestamente no había una capa de ozono que los protegiera de la radiación solar. Estos microbios desarrollaron rodopsinas que usaron para alimentar la bioquímica celular. Las rodopsinas son proteínas que tienen la capacidad de convertir la luz solar en energía.

Según Edward Schwieterman (UC Riverside), en la Tierra primitiva la energía sería muy escasa y las bacterias y arqueas descubrieron cómo usar la abundante energía del sol sin necesidad de usar las biomoléculas complejas necesarias para la fotosíntesis tradicional.

Las rodopsinas están relacionadas con los bastones y conos que hay en la retina de los ojos humanos y que nos permiten distinguir entre la luz y la oscuridad y ver los colores respectivamente. También están ampliamente distribuidas en organismos y ambientes actuales, como los estanques salados, que, a veces, presentan un arco íris de colores vibrantes.

El equipo de investigadores analizó secuencias de proteínas de rodopsina de todo el mundo y rastreó cómo podrían haber evolucionado en el tiempo usando un sistema de aprendizaje automático. Luego, crearon un árbol filogenético que les permitió reconstruir las rodopsinas de hace 2500 a 4000 millones de años y las condiciones a las que probablemente se enfrentaron.

«La vida tal como la conocemos es tanto una expresión de las condiciones de nuestro planeta como de la vida misma. Resucitamos secuencias antiguas de ADN que codifica una molécula y esto nos permitió vislumbrar la biología y el medio ambiente del pasado», dide Betul Kacar (Universidad de Wisconsin-Madison), líder del estudio.

«Es como tomar el ADN de muchos nietos para reproducir el ADN de sus abuelos. Solo que no son los abuelos, sino pequeñas cosas que vivieron hace miles de millones de años en todo el mundo», dice Schwieterman.

Las rodopsinas modernas absorben la luz azul, verde, amarilla y naranja, y pueden ser rosadas, moradas o rojas en virtud de la luz que no absorben o de los pigmentos complementarios. Sin embargo, según las reconstrucciones del equipo investigador, las rodopsinas antiguas se ajustaron para absorber principalmente luz azul y verde.

Dado que la Tierra primitiva con contaba aún con el beneficio de una capa de ozono, el equipo de investigación especula que los microorganismos de hace miles de millones de años vivían a muchos metros de profundidad en la columna de agua para protegerse de la intensa radiación ultravioleta de la superficie. La luz azul y verde penetra mejor en el agua, por lo que es probable que las primeras rodopsinas absorbieran principalmente estos colores. Esta combinación podría ser la mejor para estar protegido, pero además poder absorber la luz para así obtener energía.

Después del Gran Evento de Oxidación de hace más de dos mil millones de años, la atmósfera de la Tierra comenzó a experimentar un aumento en la cantidad de oxígeno. Con el oxígeno adicional en la atmósfera se generó el ozono estratosférico que brindó protección frente a la luz ultravioleta a la vida de la superficie y las rodopsinas evolucionaron para absorber otros colores adicionales.

Las rodopsinas de hoy son capaces de absorber los colores de la luz que los pigmentos de clorofila en las plantas no pueden. Aunque representan mecanismos de captura de luz completamente independientes y sin relación, absorben áreas complementarias del espectro. Según Schwieterman, esto sugiere una coevolución en el sentido de que un grupo de organismos explota la luz que el otro no absorbe. Esto podría deberse a que las rodopsinas se desarrollaron primero y filtraron la luz verde, por lo que las clorofilas se desarrollaron más tarde para absorber el resto. O bien podría haber sucedido al revés.

En el futuro, el equipo espera recrear rodopsinas modelo en un laboratorio utilizando técnicas de biología sintética y así resucitar físicamente estas proteínas de la noche de los tiempos.

Según Kagar se puede diseñar el ADN correspondiente que codifique estas rodopsinas antiguas dentro de genomas modernos, pero reprogramado para que las proteínas resultantes se comporten como se cree que lo hicieron las rodopsinas de hace miles de millones de años.

En última instancia, el equipo está satisfecho con las posibilidades de investigación que abren las técnicas que utilizaron para este estudio, pues solo algunas moléculas son susceptibles de conservación a largo plazo y hay muchos aspectos de la historia de la vida que no han sido accesibles para los investigadores hasta ahora. Este tipo de estudio podría proporcionar pistas sobre otros signos de vida del pasado geológico profundo que puedan haberse conservado físicamente.

«Nuestro estudio demuestra por primera vez que las historias de comportamiento de las enzimas son susceptibles de reconstrucción evolutiva en formas en que las firmas biológicas moleculares convencionales no lo son», dice Kacar.

El equipo también espera tomar lo que aprendieron sobre el comportamiento de los primeros organismos terrestres y usarlo para buscar signos de vida en otros planetas.

«La Tierra primitiva es un entorno extraño en comparación con nuestro mundo actual. Comprender cómo los organismos aquí han cambiado con el tiempo y en diferentes entornos nos enseñará cosas cruciales sobre cómo buscar y reconocer la vida en otros lugares», sostiene Schwieterman.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Ilustración: Sohail Wasif/UCR