Biologia Molecular Mexico

Comprender la vasta historia de la vida en la Tierra requiere no solo saber quién está relacionado con quién, sino también cuándo ocurrieron las grandes divergencias evolutivas. Para animales y plantas, el registro fósil ofrece puntos de referencia cruciales para calibrar los “relojes moleculares” basados en el ADN. Sin embargo, para el dominio bacteriano, que ha dominado la biosfera durante miles de millones de años, los fósiles son escasos y a menudo ambiguos, dejando enormes lagunas en nuestra comprensión de su cronología evolutiva. ¿Cuándo surgieron las principales ramas del árbol bacteriano? ¿Cómo impactaron los grandes eventos geoquímicos de la Tierra en su evolución?

Un estudio publicado en Science [1] por Adrián A. Davín y un extenso equipo internacional de colaboradores aborda este desafío de frente, presentando un enfoque innovador que integra datos genómicos, fósiles y, crucialmente, el registro geoquímico para establecer una escala temporal robusta para la evolución bacteriana. Su estrategia se centra en un evento que transformó radicalmente nuestro planeta: la Gran Oxidación (GOE).

El Desafío de Calibrar el Reloj Bacteriano

Los relojes moleculares estiman tiempos de divergencia basándose en la tasa de acumulación de mutaciones en secuencias genéticas. Para ser precisos, necesitan “calibraciones”: puntos fijos en el tiempo, generalmente derivados de fósiles asignados a nodos específicos del árbol evolutivo. El problema para las bacterias es la falta de fósiles fiables, especialmente para establecer edades máximas (el punto más antiguo en el que un linaje pudo haber existido). A menudo, la única restricción máxima utilizada es la formación de la Tierra misma, lo cual es demasiado vago.

La Innovación: Usar el GOE como Punto de Referencia Metabólico

Los investigadores razonaron que, aunque los fósiles bacterianos son escasos, el registro geoquímico sí guarda huellas de su actividad metabólica. El GOE, ocurrido hace unos 2.4 mil millones de años (Ga), marca el momento en que el oxígeno, producido por las cianobacterias fotosintéticas, comenzó a acumularse en la atmósfera. Este evento debió tener un impacto profundo en la evolución, favoreciendo a los organismos capaces de tolerar o utilizar el oxígeno (aerobios) y presionando a los anaerobios.

El equipo desarrolló un método para usar el GOE como una “calibración máxima suave” para los linajes bacterianos que hicieron la transición a un estilo de vida aeróbico. Utilizando aprendizaje automático (machine learning) para predecir si las bacterias ancestrales eran aerobias o anaerobias basándose en su contenido génico reconstruido, identificaron las ramas del árbol donde probablemente ocurrió la transición hacia la aerobiosis. La idea clave es que es poco probable (aunque no imposible si la evidencia genética es muy fuerte) que estos linajes aeróbicos hayan surgido antes del GOE. Incorporaron esta restricción probabilística en sus análisis de reloj molecular bayesiano, junto con las calibraciones fósiles disponibles, incluyendo las de eucariotas, ya que mitocondrias y cloroplastos tienen origen bacteriano.

Resultados Sorprendentes y una Nueva Cronología

Los resultados revelaron una historia bacteriana mucho más antigua y dinámica de lo que sugerían algunos estudios previos:

1. Orígenes Arcanos: El último ancestro común bacteriano (LBCA) se estimó entre 4.4 y 3.9 Ga, muy temprano en la historia de la Tierra, probablemente antes del “Bombardeo Intenso Tardío”. Los principales filos bacterianos ya se habían diversificado durante el Eón Arcaico y Proterozoico temprano.
2. Aerobiosis Pre-GOE: Sorprendentemente, a pesar de usar el GOE como restricción, el análisis infirió que varias transiciones a la aerobiosis ocurrieron antes del GOE, hasta 900 millones de años antes. Esto incluye al ancestro de las cianobacterias que realizan fotosíntesis oxigénica, sugiriendo que la capacidad de manejar el oxígeno pudo haber sido un prerrequisito o un facilitador para la evolución de este tipo de fotosíntesis.
3. Impacto del GOE: Tras el GOE, los linajes aeróbicos mostraron tasas de diversificación significativamente más altas que los anaeróbicos, confirmando el impacto selectivo del oxígeno.
4. Antigüedad Bacteriana: Muchas familias bacterianas actuales son tan antiguas como los filos de animales o plantas, destacando la profunda divergencia temporal entre la evolución procariota y eucariota.

Conclusión: Un Marco Integrador para la Historia Profunda

Este trabajo proporciona no solo una cronología bacteriana más robusta, sino también un poderoso marco metodológico. Al integrar datos genómicos, fósiles y geoquímicos, y al vincular rasgos metabólicos (como la tolerancia al oxígeno) a eventos planetarios clave, abre nuevas vías para explorar cómo la vida microbiana y la Tierra han coevolucionado a lo largo de miles de millones de años. Es un paso crucial para descifrar la historia profunda de la biosfera.

Referencia

[1]  Davín AA, Woodcroft BJ, Soo RM, Morel B, Murali R, Schrempf D, Clark JW, Álvarez-Carretero S, Boussau B, Moody ERR, Szánthó LL, Richy E, Pisani D, Hemp J, Fischer WW, Donoghue PCJ, Spang A, Hugenholtz P, Williams TA, Szöllősi GJ. A geological timescale for bacterial evolution and oxygen adaptation. Science. 2025 Apr 4;388(6742):eadp1853. doi: 10.1126/science.adp1853.