Este "mundo perdido" revela un nuevo capítulo en la evolución de la vida
El origen de los organismos complejos llamados eucariotas (que incluyen todos los animales, plantas y hongos) es uno de los mayores misterios de la biología. Un nuevo descubrimiento ayuda a desvelar estas raíces evolutivas.
Esta ilustración muestra la posible evolución de los eucariotas en el océano hace más de mil millones de años.
El origen de los organismos con células complejas, conocidos como eucariotas, es una de las partes más cruciales de la historia evolutiva de la vida. Todos los animales, plantas y hongos son eucariotas, y si no se hubieran desarrollado células complejas en la Tierra, no habría peces, flores, setas ni seres humanos.
Aunque los fósiles más antiguos confirmados de eucariotas tienen unos mil millones de años, estos organismos podrían haber tenido una prehistoria oculta durante mucho tiempo, según un nuevo estudio de sustancias químicas conservadas en rocas antiguas. Estas pruebas químicas sugieren la existencia de células complejas hace 1600 millones de años y posiblemente incluso antes.
Las sustancias químicas reveladoras de estas células son los productos de descomposición de las moléculas grasas de sus membranas. Habían pasado desapercibidos hasta ahora porque no son exactamente los que se encuentran en las células modernas. "Son muy primordiales", afirma Benjamin Nettersheim, geoquímico de la Universidad de Bremen (Alemania) y autor del nuevo estudio.
El equipo de Nettersheim encontró restos de estas moléculas grasas en una serie de rocas antiguas, como la Formación Barney Creek de Australia. Los hallazgos sugieren que los eucariotas primitivos estaban muy extendidos hace entre 1600 millones y 800 millones de años, lo que los científicos han denominado un "mundo perdido" de vida compleja primitiva.
"Se trata de un hallazgo muy importante que cambia nuestra visión de los biomarcadores y de la evolución eucariota", afirma Emily Mitchell, de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), que estudia la evolución primitiva de los animales pero no participó en el estudio.
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La evolución de las células
Los organismos celulares más antiguos son las bacterias y las arqueas. Sus células son pequeñas y tienen pocas estructuras internas, mientras que las células eucariotas son mucho más grandes y contienen estructuras como un núcleo, que alberga el ADN, y una mitocondria, con forma de salchicha, que produce energía. Las bacterias y las arqueas surgieron hace al menos 3500 millones de años, pero los eucariotas evolucionaron más tarde.
A pesar de su importancia, el origen de los eucariotas sigue siendo uno de los mayores misterios de la biología. Parece que ocurrió hace entre 1000 y 2000 millones de años, pero ha resultado difícil precisarlo.
Un marcador útil es el Último Ancestro Eucariota Común (LECA por sus siglas en inglés): la especie más reciente de la que descienden todos los eucariotas modernos. La investigación genética sugiere que el LECA vivió hace al menos 1200 millones de años. Sin embargo, este organismo no fue el primer eucariota.
Se han encontrado eucariotas fósiles posteriores al LECA de hace unos mil millones de años. Los más estudiados son un alga roja pluricelular llamada Bangiomorpha de la isla de Somerset en Nunavut (Canadá) y un alga verde llamada Proterocladus del norte de China. Pero estos primeros eucariotas parecen haber sido escasos. Hasta hace 900 millones de años no empezaron a diversificarse, y los animales de gran tamaño no aparecieron hasta hace unos 570 millones de años.
Sin embargo, se han encontrado otros fósiles de hace 1600 o incluso 1800 millones de años que parecen eucariotas. Un ejemplo es el Shuiyousphaeridium macroreticulatum, un organismo en forma de burbuja con zarcillos cortos, procedente de formaciones rocosas del norte de China. Estos primeros eucariotas parecen más primitivos y podrían haber vivido antes del LECA.
Resulta difícil determinar cómo surgieron y evolucionaron los eucariotas a partir de fósiles tan primitivos. Así que Nettersheim y sus colegas se propusieron encontrar otra línea de evidencia que ayudara a atar cabos en la historia de los eucariotas.
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Rastros grasos en la roca
Los investigadores se centraron en las sustancias químicas denominadas lípidos, que incluyen todas las grasas y aceites. En concreto, se centraron en los esteroles: un grupo de lípidos que se encuentran en las membranas externas de las células eucariotas. "Casi todos los eucariotas producen esteroles", explica Nettersheim. Probablemente, el esterol más famoso es el colesterol, que desempeña un papel fundamental en la biología humana.
Con el tiempo, los esteroles se descomponen en sustancias químicas llamadas esteranos. Encontrar esteranos en rocas antiguas es una buena prueba de que el lugar albergó eucariotas.
Los esteranos abundan en las rocas de los últimos 800 millones de años, pero no se han detectado en rocas más antiguas. A primera vista, esto parece indicar que hubo pocos eucariotas antes de hace 800 millones de años, lo que contradice las pruebas fósiles y genéticas.
Sin embargo, Nettersheim y sus colegas han encontrado otra forma de verlo. Pensaron que los eucariotas primitivos podrían no haber producido el mismo tipo de esteroles que los eucariotas modernos. En su lugar, el equipo se centró en los esteroles que hoy sólo funcionan como pasos intermedios en las vías de reacción de las células. Estos, sugieren, fueron en su día los principales esteroles utilizados por los primeros eucariotas, hasta que organismos posteriores encontraron formas de convertirlos en moléculas diferentes, quizá con propiedades más especializadas.
"Aún no producían los mismos lípidos que los eucariotas modernos, pero sí lípidos que ahora son intermedios", explica Nettersheim.
Este enfoque permite a los investigadores estudiar el "desarrollo evolutivo o los precursores" de los esteroles, afirma Paul Strother, paleobotánico del Boston College de Estados Unidos, que no participó en el estudio. "Para mí es un gran paso adelante".
El equipo determinó en qué moléculas se descompondrían estos esteroles primordiales. Luego buscaron en rocas antiguas esos productos de descomposición.
A diferencia de las señales de esteroles modernos, los trozos de estos esteroles primordiales se encontraron fácilmente en rocas de más de 800 millones de años. Entre ellas, rocas de 1100 millones de años de antigüedad de la cuenca de Taoudeni, en Mauritania, y del Keweenawan Rift, en Estados Unidos. El equipo pudo encontrarlas incluso en la Formación Barney Creek de Australia, que tiene 1600 millones de años.
Según Nettersheim, el hallazgo resuelve un importante enigma. Anteriormente, el registro químico sugería un origen tardío de los eucariotas, mientras que los microfósiles y las pruebas genéticas indicaban uno anterior. Ahora, el registro químico se ha extendido hacia atrás en el tiempo y los tres coinciden en gran medida.
"Cuando líneas muy independientes empiezan a coincidir, sabemos que probablemente tenemos un registro muy preciso", afirma Mitchell.
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Reconstruyendo la historia de los organismos complejos
La nueva historia es la siguiente. Los eucariotas empezaron a evolucionar hace al menos 1600 millones de años, posiblemente hace 2000 millones. Utilizan los esteroles primigenios en sus membranas externas. Se produce un paso crucial en el que algunos eucariotas evolucionan para utilizar esteroles modernos, y hace 800 millones de años, esos organismos ya habían tomado el relevo.
Pero retrasar el origen de los eucariotas hasta hace al menos 1600 millones de años plantea una nueva pregunta: ¿por qué tardaron tanto en aparecer animales, plantas y hongos complejos?
Una posibilidad es que los organismos multicelulares complejos evolucionaran antes de lo que se piensa. Por ejemplo, un estudio de 2019 afirmaba haber encontrado esponjas fósiles, uno de los primeros grupos animales, en rocas de hace 890 millones de años. Esto retrasaría el origen de los animales 350 millones de años. Sin embargo, Nettersheim dice que los fósiles "no son realmente convincentes", porque algunos eucariotas unicelulares pueden producir estructuras de aspecto similar.
El equipo de Nettersheim sugiere, en cambio, que los primeros eucariotas dominaron los ecosistemas prehistóricos y que los eucariotas modernos sólo pudieron florecer y diversificarse cuando esta población anterior se extinguió. Los esteroles modernos ayudan a los eucariotas a adaptarse a situaciones de estrés como la deshidratación y los golpes de frío, por lo que es posible que las células más desarrolladas estuvieran mejor preparadas para sobrevivir a un periodo de estrés ambiental.
Una posible causa podrían ser unas condiciones denominadas Tierra Bola de Nieve: una serie de episodios en los que el clima de la Tierra se enfrió considerablemente, provocando una enorme expansión de las capas de hielo. "Potencialmente, toda la Tierra estuvo congelada o, al menos, muy fría", afirma Nettersheim. Los episodios de la Tierra bola de nieve se produjeron durante el Periodo Criogénico, hace entre 720 y 635 millones de años.
Los esteroles modernos podrían haber ayudado a ciertos eucariotas a sobrevivir mientras otros morían, y una vez que la glaciación remitió, los eucariotas supervivientes se diversificaron en plantas y animales. "Creemos que ésta podría haber sido una de las preadaptaciones que ayudaron a los eucariotas modernos a alcanzar importancia ecológica", afirma Nettersheim.
"Parece una sugerencia razonable", afirma Mitchell. "Si es correcta o no, no lo sé".
Strother se muestra igualmente cauto, señalando que tenemos tan pocos eucariotas primitivos conservados que cualquier nuevo descubrimiento podría dar al traste con la historia. "En mi opinión, estos paradigmas son algo frágiles", afirma.
Lo que sí parece claro es que la historia temprana de los eucariotas fue rica y enmarañada. Aunque la evolución de los esteroles modernos hace unos 800 millones de años fue un acontecimiento importante, antes se produjeron muchos pasos evolutivos importantes. El año pasado, Emmanuelle Javaux, de la Universidad de Lieja (Bélgica), describió unos microfósiles de eucariotas hallados en la República Democrática del Congo hace mil millones de años. Contenían restos de clorofila, lo que indica que en esa época había algas fotosintéticas.
Asimismo, en 2021 Strother y sus colegas describieron otro eucariota de mil millones de años llamado Bicellum brasieri, hallado en las Tierras Altas de Escocia. Este era multicelular y, lo que es más, tenía dos tipos celulares distintos: un precursor de los tejidos y órganos de animales y plantas posteriores.
"Si en 1000 millones de años tenemos este tipo de complejidad morfológica, eso indicaría que las cosas ya estaban ocurriendo antes de los 800 millones", afirma.
Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.
