Los científicos obtuvieron una forma de vida misteriosa que podría revelar los orígenes de la vida compleja


Cuando los cientificos corrió análisis de ADN En un núcleo de sedimentos tomado del suelo del océano Ártico en 2010, encontraron algo sorprendente. Un organismo previamente desconocido que pertenecía al extraño dominio de los microbios llamado Archaea parecía tener características genómicas asociadas con un dominio totalmente diferente: la eucariota.

Llamaron a su descubrimiento Lokiarchaeota, en honor al respiradero hidrotermal del castillo de Loki cerca de Groenlandia donde fue encontrado; pero la duda ensombreció el hallazgo. ¿Podría la muestra haber sido contaminada por algo más en el núcleo?

Ahora, gracias al trabajo de los científicos japoneses, esas dudas pueden desaparecer. Por primera vez, aislaron a Lokiarchaeota y la cultivaron en un laboratorio.

Eso significa que, por primera vez, los investigadores pueden estudiar de cerca e interactuar con los Lokiarchaeota vivos, lo que podría ayudarnos a encontrar a nuestros primeros antepasados ​​en este increíble planeta azul. Su investigación ha sido publicada. en el servidor de preimpresión bioRxiv, y espera la revisión por pares.

El árbol de la vida, en su base, se divide en tres dominios. Una de ellas está ocupada por bacterias: microbios unicelulares que no tienen núcleo ni orgánulos unidos a la membrana, y se mueven moviendo estructuras similares a pelos llamadas flagelos. Otro es eucariotas, organismos cuyas células tienen núcleos y membranas. Ese dominio nos incluye a humanos, animales, plantas y algas.

Y luego están las arqueas. Se parecen mucho a las bacterias, ya que carecen de núcleos y orgánulos unidos a la membrana, y se desplazan utilizando flagelos. Pero hay algunas diferencias clave. Se dividen de manera diferente. Sus paredes celulares están hechas de cosas ligeramente diferentes. Y su ARN es lo suficientemente diferente como para separarlos en el árbol filogenético.

Pero luego llegó Lokiarchaeota, seguido de otros especímenes de arqueas que tenían características eucariotas. Estos fueron nombrados Thorarchaeota, Odinarchaeota y Heimdallarchaeota (para seguir la misma convención de nomenclatura).

Colectivamente, se les llama Archaea de Asgard, y algunos científicos piensan que podrían ser el origen de la vida eucariota, tal vez después de que un arqueón similar a Asgard se tragara una bacteria.

Pero es difícil saberlo sin estudiar los organismos en detalle aislado. Aquí es donde entran los científicos japoneses. En 2006 recuperaron un núcleo de sedimentos del fondo marino en el canal Nankai, 2.533 metros (8.310 pies) bajo el nivel del mar.

Esto fue antes de que alguien supiera acerca de las arqueas de Asgard. Solo más tarde, un análisis de ARN de su rica muestra reveló la presencia de un organismo similar a Lokiarchaeota.

Cuando el equipo comenzó su trabajo, aún no lo sabían. Cultivaron cuidadosamente sus muestras durante cinco años, en un sistema de biorreactor de flujo continuo alimentado con metano diseñado para imitar las condiciones de una ventilación de metano en aguas profundas. Muy lentamente, los microbios se multiplicaron.

El siguiente paso fue colocar muestras del biorreactor en tubos de vidrio con nutrientes para mantenerlos alimentados y creciendo. Allí se sentaron por otro año, finalmente comenzando a desarrollar una población muy débil de Lokiarchaeota.

Luego, el equipo invirtió aún más tiempo en aislar, cultivar y hacer crecer a esta población de división lenta. Las poblaciones bacteirales comunes generalmente tardan aproximadamente media hora en duplicarse. Lokiarchaeota tardó 20 días.

"Las subculturas repetidas enriquecieron gradualmente el arqueón con una tasa de crecimiento extremadamente lenta y bajo rendimiento celular", escribieron los investigadores en su artículo.

"El cultivo tuvo consistentemente 30-60 días de fase de retraso y requirió más de 3 meses para alcanzar el crecimiento completo (..) La variación de las temperaturas de cultivo y las combinaciones y concentraciones de sustrato no mejoraron significativamente la fase de retraso, la tasa de crecimiento o el rendimiento celular".

En total, el experimento tomó 12 años. Los investigadores nombraron a su microbio cultivado Prometheoarchaeum syntrophicum – después de Prometeo, el antiguo titán mitológico griego al que se le atribuyó la creación humanos de arcilla.

Hicieron varios hallazgos curiosos. El primero es que Prometheoarchaeum solo crecería en presencia de uno o dos microbios más, el arqueón Metanogenio y la bacteria Halodesulfovibrio. Cuando Prometheoarchaeum descompone los aminoácidos en alimentos, produce hidrógeno, que los otros microbios comen.

Si se permitía que el hidrógeno permaneciera, los experimentos revelaron que esto podría dificultar aún más PrometheoarchaeumEl crecimiento ya es lento, lo que indica que las arqueas tienen una relación simbiótica con otros microbios, en este caso sintrófico, lo que significa que el crecimiento de una especie o de ambas depende de lo que coma la otra.

Luego, cuando el organismo fue examinado bajo un microscopio electrónico, reveló una forma inusual para un arqueón: largos tentáculos que brotan de su cuerpo, dentro del cual se encuentran sus microbios asociados. Cuando el oxígeno comenzó a aumentar en la Tierra, los investigadores plantearon la hipótesis de que este organismo podría haber cambiado a una relación con bacterias que usaban oxígeno, aumentando sus posibilidades de supervivencia y emprendiendo el camino hacia la vida eucariota.

Y, de hecho, la secuenciación del ADN reveló las características eucariotas observadas en otras arqueas Asgard.

Obviamente se necesita más trabajo. Prometheoarchaeum podría ser bastante diferente de las arqueas de miles de millones de años atrás. Y está lejos de ser una prueba definitiva de que los eucariotas evolucionaron a partir de arqueas.

El estudio está disponible hasta ahora antes de la revisión por pares, por lo que será interesante ver qué hace la comunidad científica a tiempo. Pero pase lo que pase ahora, vamos a aprender muchísimo de este trabajo.

"Este es un artículo monumental que refleja una enorme cantidad de trabajo y perseverancia", dijo el microbiólogo evolutivo Thijs Ettema de la Universidad de Wageningen, que no estaba asociado con el artículo. dicho Naturaleza.

"Es un gran paso adelante para comprender este importante linaje".

La investigación está disponible en bioRxiv.

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