El ancestro de todos los seres vivos fue una bacteria con menos de 600 genes

La nueva ciencia de la genómica comparada acerca su lupa al origen de la vida

La nueva ciencia de la genómica no ha averiguado aún qué somos, ni mucho menos adónde vamos, pero está muy cerca de descubrir de dónde venimos. Un grupo de evolucionistas moleculares de los Institutos Nacionales de la Salud (NIH, en Bethesda, Estados Unidos) acaba de concluir que LUCA, el organismo primitivo del que provienen todos los seres vivos actuales -sean microbios, gladiolos o seres humanos- era una bacteria de vida autónoma con 572 genes. Las personas tenemos 30.000 genes, que en su mayoría deben provenir de aquellos 572.

LUCA son las iniciales inglesas de last universal common ancestor, el último ancestro común de todos los seres vivos de este planeta. Nadie lo ha visto por ahí, pero su naturaleza puede deducirse extrayendo el mínimo común múltiplo de los genomas de sus descendientes, los seres vivos actuales, y muy en particular de las bacterias contemporáneas.

"La biología será pronto una disciplina teórica, y su reto será reconstruir el pasado", dijo en 1999 Sydney Brenner, que tres años después recibiría el Premio Nobel. Hasta ahora, la reconstrucción del pasado se basaba en las erratas genéticas. Un gen es una ristra de unos cuantos miles de bases (las letras del ADN), y cuando se copia entre una generación y la siguiente ocurren erratas. Si se compara el mismo gen entre dos especies muy alejadas (gusanos y ratones, por ejemplo), habrá muchas erratas. Si las dos especies están muy emparentadas (ratones y humanos, por ejemplo), habrá muchas menos.

En los últimos tiempos, sin embargo, ha quedado patente que esta técnica funciona muy mal en las bacterias. De las comparaciones de un gen se deduce un tipo de pasado, y de las de otro gen se infiere otra historia distinta. La razón es que, desde los albores de la vida en la Tierra, hace unos 3.500 millones de años, las bacterias no han parado de intercambiarse genes entre unas y otras (transmisión horizontal), emborronando así la genealogía del planeta.

Mercado de genes

Eugene Koonin y Michael Galperin, del Centro Nacional de Información Biotecnológica de los NIH estadounidenses, en colaboración con el Birk-beck College de Londres, han aprovechado la treintena de genomas (catálogos completos de genes) bacterianos que ya se han secuenciado para sortear ese problema. Las erratas de una sola letra ya no importan: ahora se trata de ver si un gen (con erratas o sin ellas) está o no presente en una especie bacteriana. Si está presente, ¿lo heredó de su ancestro o se lo compró a alguna otra especie bacteriana muy dispar? Si está ausente, ¿lo estuvo siempre, o es que la bacteria lo tuvo y lo perdió (o lo vendió)?

Cuando se aplican estos algoritmos especiales a los 30 genomas completos, las conclusiones son sorprendentes. El grueso de la evolución bacteriana no consiste en la invención de nuevos genes que aporten nuevas funciones, sino en la adquisición de genes o paquetes genéticos a otras especies bacterianas que ya los tenían. Y también en la pérdida (o venta) de los que se hacen innecesarios para cierto estilo de vida. Los nuevos algoritmos también permiten obtener un retrato robot de LUCA. El truco consiste en preguntarse: ¿cómo debía ser LUCA para que sus descendientes (todas las bacterias del planeta) hayan podido evolucionar a partir de él por rutas parsimoniosas y factibles, basadas sobre todo en la compraventa de genes, sin necesidad de apelar a acontecimientos muy improbables? Solución: LUCA tenía 572 genes.

La cifra exacta, por supuesto, sufrirá ajustes en el futuro, pero es muy improbable que se trate de un mero artefacto matemático. Porque esos 572 genes contienen la información necesaria para procesar la energía celular y leer la información genética. Los algoritmos no pretendían más que deducir las rutas evolutivas más parsimoniosas (las que requieren menos suposiciones arbitrarias), pero de las ecuaciones ha surgido un ser vivo autónomo.

Si LUCA tenía 572 genes, ¿cómo logró evolucionar hasta una bacteria típica, que tiene varios miles? Uno de los autores, Michael Galperin, responde a EL PAÍS: "Cuidado con eso de 'varios miles'. Hay bacterias actuales como Aquifex que tienen 1.522, o como Thermotoga, con 1.846. El número real -necesario y suficiente- de genes para mantener la vida autónoma es bastante bajo".

Los descendientes

Galperin prosigue: "Los descendientes de LUCA incrementaron su número de genes, sobre todo, mediante la duplicación de los genes preexistentes y la divergencia posterior de las dos copias. Después, cada linaje bacteriano adquirió muchos genes de otras bacterias, por transmisión horizontal. La invención de nuevos genes tiene una importancia menor, pero también puede ocurrir por barajado de partes de genes preexistentes, inserciones de ADN basura dentro de un gen y otros mecanismos".

¿Se puede descartar que hubiera varios LUCA en vez de uno solo? "Varios LUCA similares sería una situación indistinguible de uno solo, ¿no es cierto?", responde Galperin. "Hay demasiadas similitudes entre todas las células vivas actuales como para proponer seriamente que hubo varios LUCA sin ningún parentesco entre sí".

Todas las bacterias evolucionaron a partir de LUCA, fundamentalmente a base de sacar copias extra de sus 572 genes, y de intercambiárselas por transmisión horizontal. Y las células eucariotas de las que estamos hechos todos los animales y plantas evolucionaron a partir de esas bacterias, al menos en parte debido a la asociación simbiótica de varias de ellas. ¿De dónde venimos? está a punto de dejar de ser un enigma para convertirse en un simple problema de genética de tercero.

¿De dónde salió LUCA?

Todos los evolucionistas saben que ésa es la pregunta del millón. ¿De dónde salió el primer ser vivo autónomo de la Tierra? ¿Cómo se originó LUCA? Una vez que existió LUCA, un ser capaz de procesar energía, fabricar sus componentes y sacar copias de sí mismo, los mecanismos darwinianos pudieron empezar a operar, a base de generar copias inexactas y seleccionar las más eficaces. Pero ¿cómo se construye una bacteria de 572 genes a a partir de la materia inerte?

"Mi opinión es que este LUCA del que hablamos no es más que un intermediario entre los organismos bajo consideración (los seres vivos actuales) y sus ancestros en una genealogía mucho más antigua", dice Boris Mirkin, científico de la computación del Birbeck College de Londres y uno de los autores del trabajo, publicado en enero en BCM Evolutionary Biology, una nueva revista científica de acceso libre en la red (www.biomedcentral.com).

Aunque sólo tenga 572 genes, es obvio que una bacteria de vida autónoma no puede formarse de golpe: serán necesarios muchos pasos intermedios entre la materia inerte y LUCA. Pero ¿qué son esos pasos intermedios? ¿Son también seres vivos autónomos? Si no lo son, ¿cómo evolucionaron hasta LUCA? Y si lo son, ¿por qué no han dejado descendientes actuales?

La explicación habitual es que LUCA tuvo tanto éxito que causó la extinción de todo lo anterior: que se comió a sus padres, por así decir. En cualquier caso, el cuadro actual se basa en una treintena de genomas. Hay millones de especies esperando.

* Este artículo apareció en la edición impresa del martes, 11 de marzo de 2003.

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