La capacidad de generar oxígeno a través de la fotosíntesis, ese servicio útil realizado por plantas y algas, que hace posible la vida de humanos y animales en la Tierra, evolucionó solo una vez, hace aproximadamente 2.300 millones de años, en ciertos tipos de cianobacterias. Este planeta-La invención biológica cambiante nunca se ha duplicado, por lo que nadie puede decir. En cambio, según la teoría endosimbiótica, todos los organismos "verdes" productores de oxígeno plantas y algas simplemente subsumieron las cianobacterias como orgánulos en sus células en algún momento durante su evolución.
"La fotosíntesis oxigenada fue una singularidad evolutiva", dice Woodward Fischer, profesor de geobiología en Caltech, refiriéndose al proceso por el cual ciertos organismos usan la energía de la luz solar para convertir el dióxido de carbono y el agua en azúcar para la alimentación, con oxígeno como-producto ". Las cianobacterias lo inventaron, y finalmente se convirtieron en los cloroplastos de las algas. Las plantas son solo un grupo de algas que se movieron en la tierra".
Sin embargo, a pesar de que las cianobacterias conforman el mundo, se sabe relativamente poco sobre ellas. Hasta hace un par de décadas, los taxonomistas las llamaban "algas verdeazuladas", aunque más tarde se reveló que no son algas en absoluto,sino más bien un tipo de organismo completamente diferente. Esa falta de comprensión taxonómica hizo que descifrar el enigma de su evolución fuera casi imposible, dice Fischer.
"Durante mucho tiempo, eran solo su propio grupo. No teníamos respuesta sobre de dónde venían, ni con qué otros organismos estaban relacionados", dice Fischer. "Imagínese tratando de entender algo sobre la evolución humana sin el conocimiento delos grandes simios "
Publicación en la revista ciencia el 30 de marzo, Fischer y sus colegas de Caltech y la Universidad de Queensland en Australia finalmente desarrollaron el árbol genealógico de las cianobacterias. Agregaron los genomas de 41 microorganismos no cultivados, lo que ayudó a precisar el punto preciso en la evolución de las cianobacterias en las quesurgió la fotosíntesis oxigenada. Las 41 especies son todos tipos de cianobacterias, pero ninguna porta genes para la fotosíntesis, y por lo tanto no producen materia orgánica, como las algas y las plantas. Más bien, la consumen.
Fischer y sus colegas descubrieron que una sola rama de las cianobacterias, denominada Oxifobacterias, probablemente fue el primer y único grupo en desarrollar la fotosíntesis oxigenada. Sus parientes más cercanos, Melainabacteria, viven en las tripas de los animales incluidos los humanos entre otros entornos., y no producen oxígeno. Y aunque uno podría sugerir que las melainabacterias simplemente perdieron la capacidad de producir oxígeno con el tiempo, las siguientes cianobacterias más estrechamente relacionadas, descritas en el artículo como Sericocromatia, tampoco participan en la fotosíntesis oxigenada.
"Esto determina que las oxifobacterias fueron realmente las únicas que inventaron este proceso químico con forma de globo", dice Fischer.
Las 41 nuevas especies caen en Melainabacteria y Sericytochromatia, la última de las cuales no se había descrito antes de este documento. Todos los nombres de estos organismos están sujetos a cambios, ya que los taxonomistas se ponen al día con los descubrimientos del equipo. "Sabemos que sonallí, y conocemos su repertorio de genes. Ahora podemos comenzar a colocarlos en árboles evolutivos, y comenzar los esfuerzos para aislarlos y estudiar su fisiología y ecología ", dice James Hemp, un Académico Postdoctoral de Agouron en Caltech cuando se realizó la investigación, ycoautor de la ciencia artículo
Estos descubrimientos se hicieron gracias a la nueva tecnología que permite a los investigadores secuenciar el genoma de un organismo sin tener que aislarlo en el laboratorio y cultivar una gran cantidad, como se requería en el pasado.
"Ahora tenemos formas independientes de la cultura de evaluar la diversidad microbiana", dice Rochelle M. Soo, investigadora postdoctoral en la Universidad de Queensland en Australia y coautora de la ciencia artículo. "Podemos ir a cualquier entorno, extraer una muestra de ADN, secuenciarla y recuperar genomas de microbios que viven en ese entorno. No tenemos que cultivar nada nosotros mismos; en cambio, dejamos que el entorno haga el trabajoy simplemente secuencia lo que ya está allí ". Algunas de las 41 nuevas especies se encontraron in situ, como en los intestinos de los animales, mientras que otras provenían de las bases de datos de otros estudios de biología, que habían sido muestreados, pero nunca caracterizados y analizados.
Desentrañar el misterio evolutivo de la fotosíntesis y su génesis podría arrojar luz sobre todo, desde fuentes de energía sostenibles hasta la posibilidad de que exista vida en otros planetas.
"Las cianobacterias son ingenieros a escala planetaria, capaces de dividir el agua. Ellos inventaron la química más desafiante en la faz del planeta. Nos encantaría poder hacer su química de división del agua tan fácilmente como lo hacen para producir combustibles,y estos muchachos descubrieron cómo hacerlo hace dos mil quinientos millones de años ", dice Fischer.
A continuación, el equipo planea aprender más sobre la ecología y la fisiología de las nuevas bacterias sondeándolas en un laboratorio. "Realmente acabamos de arañar la superficie", dice Fischer.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Original escrito por Robert Perkins. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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