Un nuevo estudio realizado por científicos de Yale proporciona una idea clave de un evento histórico en la evolución temprana de la vida en la Tierra: el origen del núcleo celular y las células complejas llamadas eucariotas.
Si bien las bacterias procariotas simples se formaron dentro de los primeros mil millones de años de la Tierra, el origen de los eurkaryotes, las primeras células con núcleos, tomó mucho más tiempo. Desde hace entre 1.7 y 2.7 mil millones de años, un procariota antiguo se transformó por primera vez con uncompartimento, el núcleo, diseñado para mantener su material de ADN más protegido del medio ambiente como el daño dañino de los rayos UV. A partir de este antiguo evento, los organismos relativamente simples, como las bacterias, se transformaron en otros más sofisticados que finalmente dieron lugar a todos los animales modernos, plantas y hongos.
Los detalles de este evento clave han permanecido esquivos durante muchos años porque hasta la fecha no se ha encontrado un solo fósil de transición.
Ahora, en un estudio dirigido por el Dr. Sergey Melnikov, del Laboratorio Dieter Söll en el Departamento de Biofísica Molecular y Bioquímica de la Universidad de Yale, finalmente encontró estos fósiles faltantes. Para hacerlo, no confiaron en desenterrar arcilla o rocaspero mirando profundamente dentro de las células vivas actuales, conocidas como Archaea, los organismos que se cree que se parecen más a los antiguos intermedios entre las bacterias y las células más complejas que ahora conocemos como células eucariotas.
Estas formas de transición no se parecen en nada a los fósiles tradicionales que pensamos, como los huesos de dinosaurios depositados en el suelo o los insectos atrapados en el ámbar. Conocidas como proteínas ribosómicas, estas formas de transición particulares son aproximadamente 100 millones de veces más pequeñas que nuestros cuerpos. Melnikovy sus colegas descubrieron que las proteínas ribosómicas pueden usarse como "fósiles moleculares" vivos, cuyo origen y estructura antiguos pueden ser la clave para comprender el origen del núcleo celular.
"Las formas de vida simples, como las bacterias, son análogas a un apartamento tipo estudio: tienen un espacio interior único que no está subdividido en habitaciones o compartimentos separados. Por el contrario, los organismos más complejos, como hongos, animales y plantas, soncompuesto por células que están separadas en múltiples compartimientos ", explicó Melnikov." Estos compartimentos microscópicos están conectados entre sí a través de 'puertas' y 'puertas'. Para atravesar estas puertas y puertas, las moléculas que habitan en las células vivas deben llevarTarjetas de identificación, algunas de las cuales se denominan señales de localización nuclear o NLS ".
Buscando comprender mejor cuándo podrían haber surgido motivos NLS en las proteínas ribosómicas, el equipo de Yale evaluó su conservación entre las proteínas ribosómicas de los tres dominios de la vida.
Hasta la fecha, los motivos NLS se han caracterizado en diez proteínas ribosómicas de varias especies eucariotas. Compararon todos los motivos NLS encontrados en proteínas ribosómicas eucariotas de 482 especies e intentaron encontrar una coincidencia en bacterias 2.951 especiesy Archaea 402 especies.
Sorprendentemente, encontraron cuatro proteínas, uL3, uL15, uL18 y uS12, que tienen motivos de tipo NLS no solo en Eukarya sino también en Archaea. "Contrariamente a nuestras expectativas, encontramos que los motivos de tipo NLSse conservan en todas las ramas arqueales, incluido el superfilo más antiguo, llamado DPANN ", dijo Melnikov.
Pero como Archaea no tiene núcleos, la pregunta lógica que surgió fue: ¿por qué tienen estas ID? ¿Y cuál era la función biológica original de estas ID en células no compartimentadas? "
"Si piensas en un equivalente a nuestro descubrimiento en el mundo macroscópico, es similar a los descubrimientos realizados durante el siglo pasado de dinosaurios parecidos a pájaros como Caudipteryx zoui", dijo Melnikov. "Estas antiguas aves no voladoras han ilustrado queLos dinosaurios tardaron varios millones de años en desarrollar alas. Sin embargo, sorprendentemente, durante los primeros millones de años sus alas no fueron lo suficientemente buenas como para soportar el vuelo ".
De manera similar, el estudio realizado por Melnikov y sus colegas sugiere que, aunque los NLS pueden no haber surgido inicialmente para permitir que las moléculas celulares pasen a través de puertas y compuertas microscópicas entre compartimentos celulares, podrían haber surgido para cumplir una función biológica similar: ayudarlas moléculas llegan a sus compañeros biológicos adecuados.
Como Melnikov explica: "Nuestro análisis muestra que en las células complejas, las mismas ID que permiten que las proteínas pasen a través de las puertas microscópicas también se utilizan para reconocer los socios biológicos de estas proteínas. En otras palabras, en las células complejas, las ID cumplen dosfunciones biológicas conceptualmente similares. Sin embargo, en las Archaea, estas ID desempeñan solo una de estas funciones: estas ID, o NLS, ayudan a las proteínas a reconocer a sus compañeros biológicos y a distinguirlos de las miles de otras moléculas que flotan en una célula ".
¿Pero qué llevó a la evolución de estas ID entre las proteínas celulares en primer lugar?
Como Melnikov explica, "Cuando la vida surgió por primera vez en la faz de nuestro planeta, las primeras formas de vida probablemente estaban formadas por un número muy limitado de moléculas. Por lo tanto, era relativamente fácil para estas moléculas encontrar un compañero específico entre todos losotras moléculas en una célula viva. Sin embargo, a medida que las células crecieron en tamaño y complejidad, es posible, incluso probable, que las viejas reglas de interacciones específicas entre las moléculas celulares tuvieran que redefinirse, y así es como se introdujeron las ID en la estructurade proteínas celulares: para ayudar a estas proteínas a identificar a sus socios moleculares más fácilmente en el entorno complejo de una célula compleja. Volviendo a la analogía con los dinosaurios tipo pájaro, nuestro estudio ilustra la notable similitud entre cómo ocurre la evolución en el mundo macroscópico ycómo ocurre la evolución en el mundo que Darwin nunca vio: el mundo microscópico de moléculas invisibles que habitan en las células vivas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Biología Molecular y Evolución Oxford University Press . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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