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| La Tierra de hace miles de millones de años podría tener un gran parecido con los planetas que pronto se descubrirán. Crédito: iStock |
La historia nos ayuda a entender el pasado y a predecir el futuro. Y en este caso, el pasado más lejano de la Tierra podría ayudarnos a adentrarnos en lo desconocido como nunca antes.
Un equipo de científicos de la Universidad de California en Riverside ha reconstruido en profundidad cómo era la vida de algunos de los primeros organismos de la Tierra, según revela un comunicado de prensa.
En un estudio reciente publicado en la revista Molecular Biology and Evolution, los investigadores descubrieron que los antiguos microbios obtenían abundante energía del sol sin las complejas biomoléculas necesarias para la fotosíntesis con la ayuda de la proteína rodopsina. Reconstruyeron la evolución de la proteína, y estos esfuerzos podrían ayudar a reconocer signos de vida en otros planetas, cuyas atmósferas podrían parecerse más a nuestro planeta antes del oxígeno.
Los antiguos microbios, incluidas las bacterias y los organismos unicelulares llamados Arqueas, habitaban un planeta principalmente oceánico sin una capa de ozono que los protegiera de la radiación solar. Estos microbios evolucionaron las rodopsinas, que son proteínas con la capacidad de convertir la luz solar en energía y luego utilizarlas para alimentar los procesos celulares.
"En la Tierra primitiva, la energía puede haber sido muy escasa. Las bacterias y las arqueas descubrieron cómo utilizar la abundante energía del sol sin las complejas biomoléculas necesarias para la fotosíntesis", afirma el astrobiólogo de la UC Riverside Edward Schwieterman, coautor de un estudio que describe la investigación.
Las rodopsinas están relacionadas con los bastones y conos de los ojos humanos que nos permiten distinguir entre la luz y la oscuridad y ver los colores. Además, están ampliamente distribuidas en los organismos modernos y en entornos como los estanques salinos, que presentan un arco iris de colores vibrantes.
"Las proteínas fotosensibles son intermediarios clave que conectan los estados químicos intracelulares, la disponibilidad de sustrato extracelular y la irradiación solar. Estas biomoléculas constituyen un sistema prometedor para rastrear antiguos parámetros físicos que no están registrados directamente en el registro geológico. Todos los metabolismos fototróficos conocidos en la Tierra dependen de uno de los tres pigmentos convertidores de energía que transforman la energía luminosa en energía química. Estos pigmentos son las clorofilas, las bacterioclorofilas y la retina. Las proteínas pigmentarias basadas en la retina, conocidas como rodopsinas, se han encontrado en Archaea, Bacteria, Eukarya y virus gigantes". Menciones del estudio.
Los investigadores utilizaron el aprendizaje automático para analizar las secuencias de proteínas de rodopsina de todo el mundo y rastrearon cómo evolucionaron a lo largo del tiempo. Luego, crearon una especie de árbol genealógico que les permitió reconstruir las rodopsinas de hace 2.500 a 4.000 millones de años y las condiciones a las que probablemente se enfrentaron.
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| Representación del proceso por el que los antiguos microbios captaban la luz con las proteínas rodopsinas. (Sohail Wasif/UCR) |
"La vida tal y como la conocemos es tanto una expresión de las condiciones de nuestro planeta como de la vida misma. Resucitamos antiguas secuencias de ADN de una molécula, y eso nos permitió enlazar con la biología y el entorno del pasado", dijo el astrobiólogo de la Universidad de Wisconsin-Madison y líder del estudio, Betul Kacar.
"Es como tomar el ADN de muchos nietos para reproducir el de sus abuelos. Sólo que no se trata de abuelos, sino de cosas diminutas que vivieron hace miles de millones de años, en todo el mundo", dijo Schwieterman.
Las rodopsinas modernas absorben la luz azul, verde, amarilla y naranja y pueden parecer rosas, moradas o rojas en virtud de la luz que no absorben o de los pigmentos complementarios. Sin embargo, según las reconstrucciones del equipo, las rodopsinas antiguas estaban ajustadas para absorber principalmente la luz azul y verde.
Dado que la Tierra antigua aún no contaba con la ventaja de una capa de ozono, el equipo de investigación teoriza que miles de millones de años de microbios vivían a muchos metros de profundidad en la columna de agua para protegerse de la intensa radiación UVB de la superficie.
La luz azul y verde es la que mejor penetra en el agua, por lo que es probable que las primeras rodopsinas absorbieran principalmente estos colores. "Esta podría ser la mejor combinación de estar protegido y seguir siendo capaz de absorber la luz para obtener energía", dijo Schwieterman.
Tras el Gran Evento de Oxidación, hace más de 2.000 millones de años, la atmósfera de la Tierra comenzó a experimentar un aumento en la cantidad de oxígeno. El oxígeno y el ozono adicionales en la atmósfera hicieron que las rodopsinas evolucionaran para absorber más colores de luz.
En la actualidad, las rodopsinas son capaces de absorber colores de luz que los pigmentos de clorofila de las plantas no pueden. Aunque representan mecanismos de captación de luz completamente independientes y no relacionados, absorben áreas complementarias del espectro.
"Esto sugiere una coevolución, en el sentido de que un grupo de organismos aprovecha la luz que no absorbe el otro", dijo Schwieterman. "Esto podría deberse a que las rodopsinas se desarrollaron primero y filtraron la luz verde, por lo que las clorofilas se desarrollaron después para absorber el resto. O podría haber ocurrido al revés".
El equipo espera resucitar modelos de rodopsinas en el laboratorio utilizando técnicas de biología sintética.
"Diseñamos el ADN antiguo dentro de los genomas modernos y reprogramamos los bichos para que se comporten como creemos que lo hacían hace millones de años. La rodopsina es una gran candidata para los estudios de viaje en el tiempo en el laboratorio", dijo Kacar.
En definitiva, el equipo está satisfecho con las posibilidades de investigación que abren las técnicas que utilizaron para este estudio.
Fuentes, créditos y referencias:
Cathryn D. Sephus, Evrim Fer, Amanda K. Garcia, Zachary R. Adam, Edward W. Schwieterman, Betul Kacar. Earliest Photic Zone Niches Probed by Ancestral Microbial Rhodopsins. Molecular Biology and Evolution, Volume 39, Issue 5, May 2022, msac100, DOI: 10.1093/molbev/msac100