Un nuevo estudio de la ecología de un grupo enigmático de organismos unicelulares novedosos por científicos de Ludwig-Maximilians-Universitaet LMU en Munich respalda la idea de que el hidrógeno desempeñó un papel importante en la evolución de Eukaryota, las primeras células nucleadas.
Uno de los desarrollos más importantes en la historia de la evolución biológica ocurrió hace aproximadamente 2 mil millones de años con la aparición de los primeros eucariotas, organismos unicelulares que contienen un núcleo distinto. Este primer linaje eucariota posteriormente daría lugar a todos los organismos superiores, incluidosplantas y animales, pero sus orígenes siguen siendo oscuros. Hace algunos años, los microbiólogos analizaron secuencias de ADN de sedimentos marinos, que arrojaron nueva luz sobre el problema. Estos sedimentos se recuperaron de un respiradero hidrotermal en un sitio conocido como el Castillo de Loki llamado así por los nórdicosdios del fuego en la Cordillera del Atlántico Medio en el Océano Ártico. La secuenciación de las moléculas de ADN que contenían reveló que derivaban de un grupo de microorganismos previamente desconocido.
Aunque las células de las que se originó el ADN no pudieron aislarse y caracterizarse directamente, los datos de la secuencia mostraron que estaban estrechamente relacionadas con las Archaea. Por lo tanto, los investigadores llamaron al nuevo grupo Lokiarchaeota.
Archaea, junto con las bacterias Phylum, son los linajes más antiguos conocidos de organismos unicelulares. Sorprendentemente, los genomas de la Lokiarchaeota indicaron que podrían exhibir características estructurales y bioquímicas que de otro modo son específicas de los eucariotas. Esto sugiere que la Lokiarchaeota podríaestar relacionado con el último antepasado común de eucariotas. De hecho, el análisis filogenómico del ADN de Lokiarchaeota del Castillo de Loki sugirió fuertemente que provenían de descendientes de uno de los últimos antepasados comunes de Eukaryota y Archaea. El profesor William Orsi del Departamento de Tierra yEnvironmental Sciences en LMU, en cooperación con científicos de la Universidad de Oldenburg y el Instituto Max Planck de Microbiología Marina, ahora ha podido examinar la actividad y el metabolismo de Lokiarchaeota directamente. Los resultados apoyan la relación sugerida entre Lokiarchaeota y eucariotas, y proporcionan pistasen cuanto a la naturaleza del entorno en el que el primer eucariotaLas otas evolucionaron.Los nuevos hallazgos aparecen en la revista Microbiología de la naturaleza .
El escenario más probable para la aparición de eucariotas es que surgieron de una simbiosis en la que el huésped era una célula arqueológica y el simbionte era una bacteria. Según esta teoría, el simbionte bacteriano posteriormente dio origen a las mitocondrias: elorgánulos intracelulares que son responsables de la producción de energía en las células eucariotas. Una hipótesis propone que el huésped arqueológico dependía del hidrógeno para su metabolismo, y que el precursor de las mitocondrias lo producía. Esta "hipótesis del hidrógeno" postula que las dos células asociadas presumiblemente vivieronen un ambiente anóxico que era rico en hidrógeno, y si se hubieran separado de la fuente de hidrógeno, se habrían vuelto más dependientes el uno del otro para sobrevivir, lo que podría conducir a un evento endosimbiótico ". Si el Lokiarchaeota, como descendientes de esta supuesta urgencia,Archaeon, también dependen del hidrógeno, esto respaldaría la hipótesis del hidrógeno ", dice Orsi." Sin embargo, hasta ahora, la ecología de estose Archaea en su hábitat natural era una cuestión de especulación ".
Orsi y su equipo ahora, por primera vez, caracterizaron el metabolismo celular de Lokiarchaeota recuperado de los núcleos de sedimentos obtenidos del fondo marino en una extensa región agotada de oxígeno en la costa de Namibia. Lo hicieron analizando el ARN presente enEstas muestras. Las moléculas de ARN se copian del ADN genómico y sirven como planos para la síntesis de proteínas. Por lo tanto, sus secuencias reflejan patrones y niveles de actividad génica. Los análisis de secuencia revelaron que Lokiarchaeota en estas muestras superó en número a las bacterias en 100 a 1000-"Eso indica fuertemente que estos sedimentos son un hábitat favorable para ellos, promoviendo su actividad", dice Orsi.
Él y sus colegas pudieron establecer cultivos de enriquecimiento de Lokiarchaeota en las muestras de sedimentos del laboratorio. Esto les permitió estudiar el metabolismo de estas células utilizando isótopos de carbono estables como marcadores. Los resultados demostraron que los microorganismos utilizan unred compleja de rutas metabólicas. Además, los datos confirmaron que Lokiarchaea de hecho usa hidrógeno para la fijación de dióxido de carbono. Este proceso mejora la eficiencia del metabolismo y permite que estas especies mantengan altos niveles de actividad bioquímica, a pesar de las condiciones limitadas de energíade su hábitat natural anóxico. "Nuestra evidencia experimental es la hipótesis del hidrógeno para la primera célula eucariota", dice Orsi. "En consecuencia, los primeros eucariotas podrían haberse originado en sedimentos marinos ricos en oxígeno y agotados en oxígeno, como aquellos en los que Lokiarchaeota modernason particularmente activos hoy "
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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