Representación del proceso por el cual los microbios antiguos capturaron la luz con proteínas de rodopsina. - SOHAIL WASIF/UCR
MADRID, 27 Jun. (EUROPA PRESS) -
Usando proteínas que capturan la luz en microbios vivos, científicos han reconstruido cómo era la vida para algunos de los primeros organismos de la Tierra.
Estos esfuerzos podrían ayudarnos a reconocer signos de vida en otros planetas, cuyas atmósferas pueden parecerse más a nuestro planeta anterior al oxígeno, según los autores del nuevo estudio.
Los primeros seres vivos, 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 desarrollaron rodopsinas, proteínas con la capacidad de convertir la luz solar en energía, usándolas para impulsar los procesos celulares.
"En la Tierra primitiva, la energía puede haber sido muy escasa. Las bacterias y las arqueas descubrieron cómo usar la abundante energía del sol sin las complejas biomoléculas requeridas para la fotosíntesis", dice en un comunicado el astrobiólogo Edward Schwieterman, de la Universidad de California Riverside, coautor de un estudio que describe la investigación.
Las rodopsinas están relacionadas con bastones y conos en los ojos humanos que nos permiten distinguir entre la luz y la oscuridad y ver los colores. También están ampliamente distribuidos entre los organismos y ambientes modernos como los estanques salados, que presentan un arcoíris de colores vibrantes.
Utilizando el aprendizaje automático, el equipo de investigación analizó secuencias de proteínas de rodopsina de todo el mundo y rastreó cómo evolucionaron con el tiempo. Luego, crearon un tipo 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.
Sus hallazgos se detallan en un artículo publicado en la revista Molecular Biology and Evolution.
"La vida tal como la conocemos es tanto una expresión de las condiciones de nuestro planeta como lo es de la vida misma. Resucitamos secuencias antiguas de ADN de una molécula, y nos permitió vincularnos con la biología y el medio ambiente del pasado", dijo Betul Kacar, astrobióloga y líder del estudio de la Universidad de Wisconsin-Madison.
"Es como tomar el ADN de muchos nietos para reproducir el ADN de sus abuelos. Solo que no son los abuelos, sino 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 aparecer rosadas, moradas o rojas en virtud de la luz que no absorben o de los pigmentos complementarios. Sin embargo, según las reconstrucciones del equipo, las antiguas rodopsinas se ajustaron para absorber principalmente luz azul y verde.
Dado que la Tierra antigua aún no tenía el beneficio de una capa de ozono, el equipo de investigación teoriza que microbios de miles de millones de años vivían a muchos metros de profundidad en la columna de agua para protegerse de la intensa radiación UVB en la superficie.
La luz azul y verde penetran mejor 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 aún poder absorber la luz para obtener energía", dijo Schwieterman.
Después del Gran Evento de Oxidación, hace más de 2 mil millones de años, la atmósfera de la Tierra comenzó a experimentar un aumento en la cantidad de oxígeno. Con oxígeno y ozono adicionales en la atmósfera, las rodopsinas evolucionaron para absorber colores de luz adicionales.
Las rodopsinas de hoy son capaces de absorber los colores de la luz que los pigmentos de clorofila en las plantas no pueden. Aunque representan mecanismos de captura de luz completamente independientes y sin relación, absorben áreas complementarias del espectro.
"Esto sugiere una coevolución, en el sentido de que un grupo de organismos explota la luz que el otro no absorbe", dijo Schwieterman. "Esto podría deberse a que las rodopsinas se desarrollaron primero y filtraron la luz verde, por lo que las clorofilas se desarrollaron más tarde para absorber el resto. O podría haber sucedido al revés".
En el futuro, el equipo espera resucitar rodopsinas modelo en un laboratorio utilizando técnicas de biología sintética.
"Diseñamos el ADN antiguo dentro de los genomas modernos y reprogramamos los insectos para que se comporten como creemos que lo hicieron hace millones de años. La rodopsina es una gran candidata para estudios de laboratorio sobre viajes en el tiempo", dijo Kacar.
En última instancia, el equipo está satisfecho con las posibilidades de investigación que abren las técnicas que utilizaron para este estudio. Dado que otros signos de vida del pasado geológico profundo deben conservarse físicamente y solo algunas moléculas son susceptibles de conservación a largo plazo, hay muchos aspectos de la historia de la vida que no han sido accesibles para los investigadores hasta ahora.
"Nuestro estudio demuestra por primera vez que las historias de comportamiento de las enzimas son susceptibles de reconstrucción evolutiva en formas en que las biofirmas moleculares convencionales no lo son", dijo Kacar.
El equipo también espera tomar lo que aprendieron sobre el comportamiento de los primeros organismos terrestres y usarlo para buscar en los cielos signos de vida en otros planetas.
"La Tierra primitiva es un entorno extraño en comparación con nuestro mundo actual. Comprender cómo los organismos aquí han cambiado con el tiempo y en diferentes entornos nos enseñará cosas cruciales sobre cómo buscar y reconocer vida en otros lugares", dijo Schwieterman.
