La transferencia de genes entre especies creó el mundo moderno

Patrones de formaciones de cianobacterias y travertino, en una zona del Parque de Yellowstone, (EE UU). Peter Unger Getty Images / Lonely Planet Images

Así como los historiadores piensan que conocer los siglos pasados es esencial para entender el presente, asimismo creen los evolucionistas que conocer la historia de la Tierra es la clave para comprender los procesos que nos han creado. Los biólogos saben que todos venimos de microbios humildes como las bacterias y las arqueas; y que, hacia la mitad de la historia del planeta, bacterias y arqueas se asociaron para crear la célula de la que estamos hechos por entero, la célula eucariota, el origen de la modernidad biológica. Los geólogos, entretanto, están intentando averiguar por qué. La gran pregunta.

Para los geólogos, el acontecimiento más importante de la historia de la Tierra es la “revolución del oxígeno” (great oxidation event), que transformó el planeta hacia la mitad de su historia (hace unos 2.300 millones de años). Este incremento del oxígeno atmosférico alcanzó unas cifras muy modestas (solo una pequeña fracción de los niveles actuales, que son del 21% de la atmósfera), pero dejó una huella profunda en el planeta, cuyas evidencias geológicas son aplastantes en los estratos de todo el mundo. ¿De dónde salió ese oxígeno?

 

 

Hay un acuerdo general en que ese oxígeno es producto de las cianobacterias, o bacterias fotosintéticas. La fotosíntesis es la energía fotovoltaica de la biología, el proceso que genera energía útil para la célula a partir de la luz solar. La luz se utiliza para romper el agua (H₂O), y la célula utiliza el hidrógeno (H) para generar energía y libera el oxígeno (O) a la atmósfera. A las cianobacterias se las supone muy antiguas –tal vez entre las más antiguas de la Tierra— y algunos científicos piensan que su actividad lenta y tenaz acabó generando la revolución del oxígeno.

Un nuevo trabajo del geólogo Woodward Fisher y sus colegas del CalTech (Instituto Tecnológico de California en Pasadena) y la Universidad de Queensland, Australia, revela que no es así: las cianobacterias, o sus precursores, carecían por completo de la compleja habilidad de la fotosíntesis durante la primera mitad de la historia de la Tierra. Solo la adquirieron muy tarde, ya casi en tiempos de la revolución del oxígeno, y solo la adquirieron comprando los genes de otros microbios (técnicamente, transferencia genética horizontal, o HGT en sus siglas inglesas).

La constitución celular, tal como conocemos, no siempre se da en todas las masas vivientes, sino que a veces se encuentran organismos constituidos por una masa plasmática con varios núcleos sumergidos en ella, no apreciándose límites celulares: esto constituye un plasmodio. Una masa celular con varios núcleos.

Fisher y sus colegas, que presentan su investigación en Science, están asombrados por la cercanía de esas dos fechas: la del origen relativamente tardío y rápido de las cianobacterias fotosintéticas, y la del “gran evento de oxidación”, o revolución del oxígeno que cambió el mundo. Muestran que la explicación más parsimoniosa de esa coincidencia es que la revolución del oxígeno se deba a la evolución de las bacterias fotosintéticas. Una causa biológica para un fenómeno geológico. Más aún: para el ‘gran’ fenómeno geológico de la historia del planeta.

Desde Darwin, los biólogos se suelen sentir más cómodos con los fenómenos lentos y graduales que con las (relativas) brusquedades que revela a menudo el registro geológico. El evolucionismo clásico se basa en la pequeña acumulación de variaciones mínimas, cada una con una pequeña ventaja en el entorno del momento, hasta consolidar un sistema complejo prodigioso como el ojo del águila, el cerebro humano o la fotosíntesis. Pero también hay otros mecanismos evolutivos más rápidos, y la transferencia de genes entre unas especies de bacterias y otras es el mejor demostrado de ellos.

Sin embargo, que el origen de la revolución del oxígeno sea un suceso relativamente rápido de transferencia genética, o compra de genes por las cianobacterias, plantea una nueva cuestión clave: ¿quién se los vendió? ¿Qué otro microorganismo tuvo la gentileza de donar sus genes fotosintéticos al precursor de las cianobacterias y cambiar así el mundo?

“Esa es una gran pregunta”, responde en un correo electrónico el jefe de la investigación, Woodward Fisher, “pero no tiene respuesta por el momento; es bien notable que ahora podamos afirmar con certeza que aquel suceso de transferencia de genes fue importante [para la revolución del oxígeno], pero el taxón de bacterias que donó los genes fotosintéticos no está claro todavía”.

“Es tentador”, prosigue el científico del CalTech, “pensar que alguno de los otros filos [grandes grupos bacterianos] capaces de un tipo de fotosíntesis que no produce oxígeno [fotosíntesis anoxigénica], y hay seis para elegir, donaron los genes, y luego las cianobacterias receptoras embellecieron ese metabolismo al añadirle la habilidad de romper el agua y producir oxígeno; pero si miras en detalle las relaciones evolutivas entre esos grupos, no obtienes una historia clara de la evolución de la fotosíntesis”.

La investigación muestra más bien que la fotosíntesis es lo que los evolucionistas llaman un “carácter derivado”, una propiedad que no es ancestral en las cianobacterias, y que por tanto no parece que puedan haber ido perfeccionando gradualmente con el paso del tiempo, sino una que han adquirido tarde y de forma secundaria. Y eso en los seis grandes grupos bacterianos que muestran algún tipo de fotosíntesis, aunque no produzca oxígeno. Todos ellos parecen haber comprado sus genes fotovoltaicos. ¿Quién se los vendió?

“Puede que descubramos más grupos de microbios fotosintéticos”, responde Fisher, “y los enfoques metagenómicos [como sacar un cubo de agua del mar y secuenciar el ADN de todo lo que haya allí] dejan claro que solo hemos empezado a arañar la superficie de la diversidad microbiana; pero igual de posible es que el grupo de microbios que donó los genes fotosintéticos se extinguiera hace mucho”. Un triste final para el hacedor de nuestro mundo, ¿no es cierto?

Pese a lo fragoroso de su nombre, la gran revolución del oxígeno no alcanzó unos valores ni parecidos a los actuales (21% de la atmósfera). Eso solo ocurrió hace unos 600 millones de años, en los prolegómenos de la explosión cámbrica, el corto periodo de innovación evolutiva que nos vio nacer a todos los animales.

A pesar del mito persistente, el oxígeno no es una precondición de la vida. La vida prosperó durante la primera mitad de su historia en la completa ausencia de ese gas. Los culpables de que haya oxígeno en nuestro planeta son seres vivos. Y tal vez estén ya extintos.

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