Lípidos de miles de millones de años insinúan una larga historia de células complejas – Ars Technica

Todos los seres vivos que podemos ver a nuestro alrededor (plantas, animales y hongos) son eucariotas formados por células complejas. Sus células tienen muchas estructuras internas rodeadas de membranas, que mantienen cosas como la producción de energía separadas del material genético, etc. Incluso los organismos unicelulares de esta rama del árbol de la vida a menudo tienen estructuras cubiertas por membranas que se mueven y reorganizan para alimentarse.

Parte de la elasticidad de esta membrana proviene de los esteroides. En eucariotas multicelulares, los esteroles realizan diversas funciones; Entre otras cosas, se utilizan como moléculas de señalización, como el estrógeno y la testosterona. Pero todos los eucariotas introducen diversos dopantes en sus membranas, lo que aumenta su fluidez y cambia su curvatura. Entonces, la evolución del metabolismo de los esteroides puede ser fundamental para permitir una vida compleja.

Ahora, los investigadores han rastreado el origen de los esteroides eucariotas hasta hace casi mil millones de años. Los hallazgos sugieren que muchas ramas del árbol genealógico eucariótico alguna vez produjeron versiones tempranas de esteroides. Pero nuestra sucursal ha desarrollado la capacidad de producir detalles más finos, lo que puede habernos ayudado a superar a nuestros familiares en la competencia.

horario confuso

En cierta medida, el nuevo trabajo consiste en probar una idea propuesta por un bioquímico hace décadas. Konrad Bloch. Bloch ganó el Premio Nobel por su descubrimiento de las vías bioquímicas que permiten a las células producir esteroides a partir de ancestros más simples. En 1994, Bloch propuso que los intermedios químicos en las vías que identificó fueron, en algún momento de nuestras trayectorias evolutivas, los productos finales. Las células producirían estos esteroides menos complejos, que han jugado un papel crucial en su supervivencia; Sin embargo, con el tiempo, nuestra rama ha desarrollado enzimas que lo modifican aún más de manera beneficiosa.

Esto tenía la capacidad de tener sentido a través de una variedad de pruebas que no encajaban del todo. Hemos encontrado microfósiles de 1.600 millones de años que parecen mostrar células complejas con procesos superficiales típicamente restringidos a eucariotas. Esto funciona bien con la evidencia de ADN, que indica que todos los eucariotas actuales se remontan a un ancestro común que existió hace al menos 1200 millones de años, posiblemente hace 1800 millones de años.

Pero también podemos buscar dopaje en rocas antiguas, porque las moléculas son notablemente estables. Pero los esteroides en los eucariotas de hoy no aparecieron hasta hace unos mil millones de años, mucho más tarde que los propios eucariotas. Esta brecha podría explicarse con precisión si los eucariotas anteriores usaran los intermediarios bioquímicos de Bloch.

Fue aquí donde Bloch, aunque tenía razón, se equivocó en algo grave. Se ha sugerido que los intermedios serían químicamente inestables y, por lo tanto, no sobrevivirían en los sedimentos el tiempo suficiente para que los encontremos. Desde este punto de vista, no tenía sentido buscar.

a largo plazo

Un equipo internacional de investigadores decidió que podría valer la pena probar la suposición de Bloch sobre la durabilidad de estas moléculas. Entonces, los investigadores ensamblaron un grupo de moléculas, las sometieron a condiciones de calentamiento y envejecimiento acelerado, y observaron lo que sucedió. Si bien perdieron dos átomos del lado de las estructuras cíclicas, la mayor parte de la molécula sobrevivió. Más importante aún, no se sabe que otros esteroides anabólicos produzcan las mismas moléculas cuando se descomponen, por lo que estos antiguos intermediarios pueden actuar como rastreadores de la producción de esteroides.

Con esta información en la mano, los investigadores obtuvieron muestras de petróleo y alquitrán de sedimentos fechados en varios puntos del pasado de la Tierra. E incluso el espécimen más antiguo, de 1600 millones de años, ya contenía muchos restos de esteroides intermedios. Los investigadores han aislado docenas de parientes de compuestos esteroides intermedios, pero no han encontrado ninguna de las moléculas que esperaría si existieran los esteroides modernos.

También parece que los eucariotas alguna vez fueron ubicuos. «Estos esteroles se han detectado en ambientes de aguas relativamente profundas y poco profundas, tapetes microbianos y hábitats pelágicos, esquistos y carbonatos, así como estanques marinos y posiblemente lacustres», escribieron los investigadores.

Nuevamente, los primeros signos de los esteroides modernos no aparecen hasta hace menos de mil millones de años, lo que indica que los eucariotas, nuestros ancestros y otras ramas del árbol evolutivo, florecieron durante casi mil millones de años utilizando moléculas que ahora son solo intermediarios químicos. Varias clases de dopaje moderno también aparecen lentamente en el registro geológico, lo que indica que no hay un brote de innovación.

Supervivencia extrema

Los investigadores proponen una idea interesante que ubica el origen de los eucariotas modernos en el registro geológico. Parece que los eucariotas surgieron durante un período de tiempo geológico llamado «mil millones aburridos«, que abarcó aproximadamente de 1,8 a 0,8 mil millones de años. Durante este tiempo, como sugiere su nombre, no sucedió mucho. Durante la mayor parte de este tiempo, la geología ha visto cómo las placas continentales de la Tierra se agregan en un supercontinente, lo que ayuda a mantener un clima aparentemente estable en que parece haber vida Respondieron al relativo estancamiento formando ecosistemas igualmente estables que persistieron durante gran parte de este tiempo.

Si bien los ancestros de todos los eucariotas modernos habrían evolucionado durante el aburrido período de los mil millones, la falta de perturbaciones ecológicas probablemente significó que tuvieron dificultades para encontrar un nicho ecológico desocupado. A la luz de este desafío, los investigadores sugieren que la evolución de los anfibios modernos podría haberles dado la resistencia necesaria para ocupar ambientes más extremos, como lugares donde prevalecen el frío o las altas temperaturas o lugares como marismas que se secan periódicamente. Esto significaría que se fabricaron esteroides modernos, pero solo a niveles que hacen que la detección sea poco probable.

Los aburridos mil millones terminaron con un pico en la actividad tectónica y las glaciaciones globales, lo que podría haber desencadenado el equivalente bacteriano de una extinción masiva. En el entorno turbulento que siguió, la capacidad de resistir los extremos ambientales permitidos por los activadores modernos puede haber dado a nuestros antepasados ​​una ventaja, permitiéndoles llevar a todas las demás ramas del árbol eucariota a la extinción.

Naturaleza, 2023. DOI: 10.1038 / s41586-023-06170-w (sobre los DOI).