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Las bacterias de la Tierra primitiva ya eran complejas

Una ‘máquina del tiempo’ biológica revela la temprana evolución de las sofisticadas nanomáquinas de la vida

Estructura del complejo triptófano sintasa resucitado del pasado remoto de la vida.
Estructura del complejo triptófano sintasa resucitado del pasado remoto de la vida.

Los seres vivos más simples que conocemos, las bacterias actuales, son ya unas entidades muy complejas, dotadas de unas maquinarias multiproteicas (compuestas de varias proteínas) sofisticadas, modulares y versátiles. La hipótesis dominante es que toda esa complejidad es el producto de 3.500 millones de años de evolución, y que por tanto las bacterias primitivas debían ser más simples. Pero una investigación rompedora revela ahora que no es así: las bacterias de la Tierra primitiva poseían unas maquinarias tan complejas como las actuales.

La Tierra tiene 4.500 millones de años, pero seguramente fue un infierno incompatible con la vida durante los primeros 500 millones. Los indicios de bacterias fósiles de hace 3.900 millones han sido muy discutidos por los geólogos, de modo que las evidencias fósiles más antiguas aceptadas generalmente datan de 3.500 millones de años atrás. Esos fósiles, naturalmente, no ofrecen ninguna información sobre las proteínas que contuvieron en vida. Entonces, ¿cómo han podido examinarlas los científicos?

Con una ingeniosa máquina de tiempo conceptual. Las comparaciones entre los genomas de 50 especies de bacterias actuales generan un árbol genealógico (o filogenético, en la jerga): las bacterias con genomas muy similares se separaron hace pocos millones de años, y ahora son dos ramitas vecinas terminales del árbol; si se parecen menos, se separaron hace más millones de años, y ahora estás en dos ramas diferentes; las bacterias actuales más dispares solo están conectadas por el tronco y, de hecho, definen cómo era el tronco hace 3.500 millones de años: qué genes y proteínas tenía, y cuál era su secuencia exacta (gatacca…).

Todo lo anterior son matemáticas, y lo que generan son secuencias que se pueden escribir en un papel. Pero la tecnología actual permite resucitar una proteína a partir de esos textos. Y eso es lo que ha hecho el biofísico Reinhard Sterner junto a sus colegas de la Universidad de Regensburg, en Alemania. Han resucitado un complejo de proteínas llamado triptófano sintasa (porque sintetiza el triptófano, uno de los aminoácidos esenciales de la vida), y han demostrado en el laboratorio que funciona de una forma tan eficaz y sofisticada como su versión actual. Presentan los resultados en Cell Chemical Biology.

Es una sorpresa porque la evolución biológica solo empezó hace unos 4.000 millones de años

“Hay una teoría generalmente aceptada”, explica Sterner, “que sostiene que las enzimas [proteínas que catalizan reacciones químicas] muy viejas no eran tan sofisticadas como las de ahora; pero hemos usado el método de reconstrucción de las secuencias ancestrales para remontarnos todo lo posible en el tiempo, y demostramos así que el complejo triptófano sintasa del último ancestro común de todas las bacterias ya era sofisticado, con la misma alta actividad enzimática y la misma comunicación entre las subunidades que se observa en los complejos enzimáticos modernos”.

“Es una sorpresa”, añade otro de los autores, Rainer Merkl, también de Regensburg, “porque la evolución biológica solo empezó hace unos 4.000 millones de años; concluimos que en esa fase muy primitiva de la evolución –entre 4.000 y 3.500 millones de años atrás— había probablemente enzimas primitivas de baja eficacia, pero que esos primeros 500 millones de años fueron suficientes para que las enzimas se volvieran plenamente sofisticadas”.

Los resultados también implican que, pasada esa fase primigenia, la complejidad de las máquinas enzimáticas no se ha incrementado durante los 3.500 millones de años subsiguientes. Esta es una paradoja que se repite en otros incrementos de complejidad de la evolución. Una clave para el conocimiento futuro.

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