La vida acuática saltó a tierra firme hace 2.900 millones de años
Una nueva técnica de análisis de genes muestra que todas las especies de cianobacterias que viven en la actualidad se remontan a un ancestro común que evolucionó hace unos 2.900 millones de años.
Fue entonces cuando la Tierra dio un giro hacia la
habitabilidad cuando este grupo de microbios emprendedores desarrollaron la
fotosíntesis oxigenada, la capacidad de convertir la luz y el agua en energía,
liberando oxígeno en el proceso.
Científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts
(MIT)también encontraron que los antepasados de las cianobacterias se
ramificaron de otras bacterias hace unos 3.400 millones de años, y que la
fotosíntesis oxigénica probablemente evolucionó durante los quinientos millones
de años intermedios, durante el Eón Arqueano.
Curiosamente, esta estimación sitúa la aparición de
la fotosíntesis oxigenada al menos 400 millones de años antes del Gran Evento
de Oxidación, un período en el que la atmósfera y los océanos de la Tierra
experimentaron por primera vez un aumento de oxígeno. Esto sugiere que las
cianobacterias pueden haber desarrollado la capacidad de producir oxígeno desde
el principio, pero que tomó un tiempo para que este oxígeno realmente se
arraigara en el medio ambiente.
"En la evolución, las cosas siempre comienzan
con algo pequeño", dice en un comunicado el autor principal Greg Fournier,
profesor asociado de geobiología en el Departamento de Ciencias de la Tierra,
Atmosféricas y Planetarias del MIT. "A pesar de que hay evidencia de la
fotosíntesis oxigénica temprana, que es la innovación evolutiva más importante
y realmente sorprendente en la Tierra, todavía tomó cientos de millones de años
para que despegara".
Para fechar con precisión el origen de las
cianobacterias y la fotosíntesis oxigenada, Fournier y sus colegas emparejaron
la datación por reloj molecular con la transferencia horizontal de genes, un
método independiente que no se basa completamente en fósiles o suposiciones de
velocidad.
Normalmente, un organismo hereda un gen
"verticalmente", cuando se transmite desde el padre del organismo. En
raras ocasiones, un gen también puede saltar de una especie a otra, especies
relacionadas lejanamente. Por ejemplo, una célula puede comerse a otra y, en el
proceso, incorporar algunos genes nuevos a su genoma.
Cuando se encuentra un historial de transferencia de
genes horizontal de este tipo, queda claro que el grupo de organismos que
adquirió el gen es evolutivamente más joven que el grupo del que se originó el
gen. Fournier razonó que tales casos podrían usarse para determinar las edades
relativas entre ciertos grupos bacterianos. Las edades de estos grupos podrían
compararse con las edades que predicen varios modelos de reloj molecular. El
modelo que se acerque más probablemente sea el más preciso y luego podría
usarse para estimar con precisión la edad de otras especies bacterianas,
específicamente, las cianobacterias.
Siguiendo este razonamiento, el equipo buscó casos
de transferencia horizontal de genes a través de los genomas de miles de
especies bacterianas, incluidas las cianobacterias. También utilizaron nuevos
cultivos de cianobacterias modernas tomadas por Bosak y Moore, para utilizar
con mayor precisión cianobacterias fósiles como calibraciones. Al final,
identificaron 34 casos claros de transferencia genética horizontal. Luego
encontraron que uno de cada seis modelos de reloj molecular coincidía
consistentemente con las edades relativas identificadas en el análisis de
transferencia de genes horizontal del equipo.
Fournier corrió este modelo para estimar la edad del
grupo de cianobacterias "corona", que abarca todas las especies que
viven hoy y que se sabe que exhiben fotosíntesis oxigenada. Descubrieron que,
durante el eón Arcaico, el grupo de la corona se originó hace unos 2.900
millones de años, mientras que las cianobacterias en su conjunto se ramificaron
de otras bacterias hace unos 3.400 millones de años. Esto sugiere fuertemente
que la fotosíntesis oxigenada ya estaba ocurriendo 500 millones de años antes
del Gran Evento de Oxidación (GOE), y que las cianobacterias estaban
produciendo oxígeno durante bastante tiempo antes de que se acumulara en la
atmósfera.
El análisis también reveló que, poco antes del GOE,
hace unos 2.400 millones de años, las cianobacterias experimentaron un
estallido de diversificación. Esto implica que una rápida expansión de las
cianobacterias puede haber inclinado la Tierra hacia el GOE y haber lanzado
oxígeno a la atmósfera.
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