Un nuevo estudio publicado en "Nature" muestra que el origen de la vida compleja puede ser casi mil millones de años antes de lo que se cree tradicional, y sus primeras etapas evolutivas ocurrieron en océanos antiguos casi sin oxígeno. Este trabajo reconstruye la línea de tiempo evolutiva de las primeras familias de genes mediante análisis de relojes moleculares a gran escala, lo que indica que las características clave de las células eucariotas se formaron gradualmente antes de que las mitocondrias y los niveles de oxígeno atmosférico aumentaran significativamente, proponiendo así un nuevo modelo para el origen de la vida compleja.
La investigación fue dirigida por la Universidad de Bristol y se completó en conjunto con un equipo de investigación científica multinacional. La pregunta central es: cómo y cuándo los procariotas simples evolucionaron a eucariotas con estructuras complejas como el núcleo. La Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años. La vida microbiana más antigua apareció hace 4 mil millones de años. En aquel momento, sólo incluía dos grupos procarióticos principales, las bacterias y las arqueas. Dominaron el ecosistema terrestre durante cientos de millones de años. Se cree que los eucariotas, incluidos algas, hongos, plantas y animales, surgieron gradualmente después de esto, pero el momento exacto y el camino evolutivo han sido muy inciertos.
A falta de fósiles de transición claros y formas intermedias, varias teorías sobre cómo se originaron los eucariotas han seguido siendo especulativas durante mucho tiempo, y las estimaciones de tiempo existentes a menudo varían hasta en mil millones de años. Para reducir esta incertidumbre, el equipo de investigación amplió en gran medida la escala de datos y el sistema de métodos basado en el método tradicional del "reloj molecular", recopiló información de secuencia de cientos de especies e integró los registros fósiles existentes para construir un "árbol de la vida" con una escala de tiempo. En este marco, los científicos analizaron más a fondo la secuencia evolutiva de cientos de familias de genes en diferentes sistemas biológicos, centrándose en el seguimiento de las características clave que distinguen a los eucariotas de los procariotas.
Los resultados muestran que la transición a estructuras celulares complejas comenzó hace unos 2.900 millones de años, casi mil millones de años antes de lo que algunas estimaciones anteriores. Los datos también muestran que el núcleo y otras estructuras celulares internas son significativamente anteriores a la aparición de las mitocondrias, lo que sugiere que la complejidad dentro de las células es un proceso largo y acumulativo en lugar de un salto repentino en un corto período de tiempo. Basándose en esto, el equipo de investigación cree que varias hipótesis convencionales anteriores sobre el origen de los eucariotas (eucariogénesis) no pueden ser totalmente consistentes con esta nueva secuencia temporal y deben ser reexaminadas.
Después de integrar evidencia de sistemática molecular, paleontología y biología molecular, el equipo propuso un nuevo modelo de escenario evolutivo: "CALM" (Complex Archaeon, Late Mitochondrion), que significa "Complex Archaeon, Late Mitochondrion". Este modelo enfatiza que los ancestros arqueales de los eucariotas ya habían alcanzado una considerable complejidad estructural y funcional antes de adquirir mitocondrias, y que la aparición de las mitocondrias fue un evento relativamente tardío en esta compleja arquitectura. El estudio señala que el momento de formación de las mitocondrias coincide aproximadamente con el primer aumento significativo de oxígeno en la atmósfera terrestre, lo que hasta cierto punto vincula directamente la evolución biológica con la historia geoquímica de la Tierra.
Vale la pena señalar que los resultados del análisis muestran que la evolución de esas características complejas en los ancestros eucariotas comenzó aproximadamente mil millones de años antes de que el contenido de oxígeno de la atmósfera aumentara significativamente, y ocurrió en un antiguo ambiente oceánico que era casi completamente anóxico. Esto contrasta marcadamente con la visión tradicional de que "el oxígeno es un requisito previo necesario para la vida avanzada", lo que implica que la formación temprana de estructuras celulares complejas no depende necesariamente de un entorno rico en oxígeno, sino que comienza en condiciones bajas en oxígeno o incluso anaeróbicas. Según los investigadores, esto proporciona una nueva perspectiva para comprender la diversidad de los primeros ecosistemas de la Tierra y también proporciona una referencia importante para explorar posibles formas de vida en entornos similares (incluida la posibilidad de vida en exoplanetas).
Uno de los autores del artículo señaló que la singularidad de este trabajo es que no sólo se centra en cuándo se repiten los genes y cuándo aparecen, sino que también examina en detalle las funciones específicas de estas familias de genes y las interacciones entre diferentes proteínas, y analiza todo esto en una línea de tiempo absoluta. Esto requiere que la paleontología proporcione un ancla temporal, la filogenia para construir un árbol evolutivo creíble y la biología molecular para dar significado biológico a la familia de genes. Es el resultado de una colaboración multidisciplinar. Una investigación relevante se publicó en Nature con el título "Los eventos de duplicación de genes calibrados en el tiempo revelan el proceso de ensamblaje de eucariotas", destacando aún más su importancia en la reconstrucción de la historia evolutiva de la vida compleja.