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El último ancestro común universal o último ancestro celular universales ( LUCA ), también llamado el último antepasado común universal ( LUA ), es el más reciente de población de organismos de los que todos los organismos que viven actualmente en la Tierra tienen una ascendencia común -el ancestro común más reciente de toda la vida actual en la Tierra. [1] Un concepto relacionado es el de progenota . [2] [3] [4] No se cree que LUCA sea la primera vida en la Tierra , sino la última que es ancestral a toda la vida existente.

Si bien no hay evidencia fósil específica de LUCA, se puede estudiar comparando los genomas de todos los organismos modernos, sus descendientes. De esta manera, un estudio de 2016 identificó un conjunto de 355  genes con mayor probabilidad de haber estado presentes en LUCA. [5] [6] [a] Los genes describen una forma de vida compleja con muchas características coadaptadas , incluidos los mecanismos de transcripción y traducción para convertir información de ADN en ARN en proteínas . El estudio concluyó que el LUCA probablemente vivía en el agua a alta temperatura de los respiraderos de aguas profundas cerca del magma del fondo del océano. fluye.

Los estudios de 2000 a 2018 han sugerido una época cada vez más antigua para LUCA. En 2000, las estimaciones sugirieron que LUCA existía hace 3.5 a 3.8 mil millones de años en la era Paleoarcaica , [8] [9] unos cientos de millones de años antes de la evidencia fósil más temprana de vida , para la cual hay varios candidatos que varían en edad de 3.48 a 4.28 hace mil millones de años. [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] Un estudio de 2018 de la Universidad de Bristol , que aplica un modelo de reloj molecular , coloca el LUCA poco después de hace 4.500 millones de años, dentro del Hadean . [17] [18]

Charles Darwin propuso por primera vez la teoría de la ascendencia común universal a través de un proceso evolutivo en su libro Sobre el origen de las especies en 1859: "Por lo tanto, debo inferir de la analogía que probablemente todos los seres orgánicos que alguna vez han vivido en esta tierra han descendido de alguien. forma primordial, en la que se insufló vida por primera vez ". [19] Los biólogos posteriores han separado el problema del origen de la vida del del LUCA.

Funciones [ editar ]

Más información: bracketing filogenético

Mediante el análisis de los supuestos grupos de descendientes de LUCA , el LUCA parece haber sido un pequeño organismo unicelular. Probablemente tenía una bobina de ADN en forma de anillo flotando libremente dentro de la célula. Morfológicamente, probablemente no se habría destacado dentro de una población mixta de pequeñas bacterias modernas. Sin embargo, Carl Woese et al. , quien propuso por primera vez el sistema de tres dominios actualmente utilizado basado en un análisis de secuencias de ARN ribosómico (ARNr) de bacterias, arqueas y eucariotas, afirmó que en su maquinaria genética, el LUCA habría sido un "... más simple, más rudimentario entidad que los antepasados ​​individuales que engendraron los tres [dominios] (y sus descendientes) ". [20]

Si bien la anatomía general de LUCA solo puede reconstruirse con mucha incertidumbre, sus mecanismos bioquímicos pueden describirse con cierto detalle, basándose en las propiedades que comparten actualmente todos los organismos que viven de forma independiente en la Tierra. [21] [22] [23] [24] [25]

Su código genético probablemente se basó en el ADN, [26] por lo que vivió después del mundo del ARN . [b] Si el ADN estaba presente, estaba compuesto exclusivamente por los cuatro nucleótidos modernos : desoxiadenosina , desoxicitidina , desoxitimidina y desoxiguanosina . El ADN se mantuvo bicatenario mediante una enzima dependiente de la plantilla , la ADN polimerasa , que recientemente se propuso que perteneciera a la familia D. [29] La integridad del ADN se benefició de un grupo de enzimas de mantenimiento y reparación , incluida la ADN topoisomerasa.. [30] Si el código genético se basaba en el ADN, se expresaba a través de intermedios de ARN monocatenario. El ARN fue producido por una ARN polimerasa dependiente de ADN usando nucleótidos similares a los del ADN, con la excepción de que el nucleótido de ADN timidina fue reemplazado por uridina en el ARN. [21] [22] [23] [24] Tenía múltiples proteínas de unión al ADN , como las proteínas con pliegues de histonas. [31]

El código genético se expresó en proteínas . Estos se ensamblaron a partir de aminoácidos libres mediante la traducción de un ARN mensajero a través de un mecanismo de ribosomas , ARN de transferencia y un grupo de proteínas relacionadas. Los ribosomas estaban compuestos por dos subunidades, una 50S grande y una 30S pequeña . Cada subunidad ribosómica estaba compuesta por un núcleo de ARN ribosómico rodeado por proteínas ribosómicas . Ambos tipos de moléculas de ARN (ARN ribosómico y de transferencia) jugaron un papel importante en la actividad catalítica de los ribosomas. Solo se usaron 20 aminoácidos , solo en L-isómeros, con exclusión de innumerables otros aminoácidos. El ATP sirvió como intermediario energético. Varios cientos de enzimas proteicas catalizaron reacciones químicas para extraer energía de grasas, azúcares y aminoácidos, y para sintetizar grasas, azúcares, aminoácidos y bases de ácidos nucleicos a través de diversas vías químicas. [21] [22] [23] [24]

La célula contenía un citoplasma a base de agua encerrado efectivamente por una membrana de bicapa lipídica. La célula tendía a excluir el sodio y concentrar el potasio por medio de transportadores de iones específicos (o bombas de iones). La célula se multiplicó duplicando todo su contenido seguido de la división celular . [21] [22] [23] [24] La célula utilizó la quimiosmosis para producir energía. También redujo el CO 2 y oxidó el H 2 ( metanogénesis o acetogénesis ) a través de acetil - tioésteres . [32] [33]

El LUCA probablemente vivió en las condiciones de alta temperatura que se encuentran en los respiraderos de aguas profundas causadas por la interacción del agua del océano con el magma debajo del fondo del océano . [34] [5]

Hipótesis [ editar ]

Un árbol filogenético de 1990 que une todos los grupos principales de organismos vivos al LUCA (el tronco negro en la parte inferior), basado en datos de secuencia de ARN ribosómico. [35]

En 1859, Charles Darwin publicó El origen de las especies , en el que planteó dos veces la hipótesis de que había un solo progenitor para todas las formas de vida. En el resumen dice:

"Por lo tanto, debo inferir de la analogía que probablemente todos los seres orgánicos que alguna vez han vivido en esta tierra han descendido de alguna forma primordial, en la que se insufló vida por primera vez". [36]

La última oración comienza con una reformulación de la hipótesis:

"Hay grandeza en esta visión de la vida, con sus varios poderes, habiendo sido originalmente insuflados en unas pocas formas o en una ..." [36]

Cuando se planteó la hipótesis de LUCA, los cladogramas basados ​​en la distancia genética entre las células vivas indicaron que Archaea se separó temprano del resto de los seres vivos. Esto se infirió del hecho de que los arqueos conocidos en ese momento eran altamente resistentes a extremos ambientales como alta salinidad , temperatura o acidez, lo que llevó a algunos científicos a sugerir que el LUCA evolucionó en áreas como los respiraderos oceánicos profundos , donde prevalecen tales extremos en la actualidad. . Sin embargo, las arqueas se descubrieron más tarde en entornos menos hostiles y ahora se cree que están más estrechamente relacionadas con las eucariotas que con las bacterias., aunque aún se desconocen muchos detalles. [37] [38]

2005 árbol de la vida que muestra transferencias de genes horizontales entre ramas, dando lugar a una red interconectada en lugar de un árbol [39]

En 2010, sobre la base de "la amplia gama de secuencias moleculares ahora disponibles en todos los dominios de la vida" [40] , se publicó una prueba formal de ascendencia común universal. [1] La prueba formal favoreció la existencia de un ancestro común universal sobre una amplia clase de hipótesis alternativas que incluían la transferencia horizontal de genes . Los principios bioquímicos básicos hacen que sea abrumadoramente probable que todos los organismos tengan un único ancestro común. Es extremadamente improbable que los organismos que descienden de incidentes separados de formación de células puedan completar una transferencia de genes horizontal sin distorsionar los genes de los demás, convirtiéndolos en segmentos no codificantes.. Además, muchos más aminoácidos son químicamente posibles que los 22 que se encuentran en las moléculas de proteína. Estas líneas de evidencia química, incorporadas en la prueba estadística formal, apuntan a que una sola celda ha sido la LUCA. Si bien la prueba favoreció de manera abrumadora la existencia de un solo LUCA, esto no implica que el LUCA haya estado solo alguna vez: en cambio, fue uno de los muchos microbios tempranos [1], pero el único cuyos descendientes sobrevivieron más allá de la Era Paleoarcaica . [41]

Con el acervo genético posterior de los descendientes de LUCA, con su marco común de la regla AT / GC y los veinte aminoácidos estándar, la transferencia horizontal de genes habría sido factible y podría haber sido muy común.

En una hipótesis anterior, Carl Woese (1988) había propuesto que:

  1. ningún organismo individual puede considerarse un LUCA, y
  2. la herencia genética de todos los organismos modernos derivada de la transferencia horizontal de genes entre una antigua comunidad de organismos. [42]

Si bien los resultados de Theobald (2010) y Saey (2010) demostraron la existencia de un único LUCA, el argumento de Woese todavía se puede aplicar a los organismos Ur (productos iniciales de abiogénesis) antes del LUCA. Al comienzo de la vida, la ascendencia no era tan lineal como lo es hoy porque el código genético no había evolucionado. [43] Antes de la replicación de alta fidelidad, los organismos no podían mapearse fácilmente en un árbol filogenético. Sin embargo, el LUCA vivió después del origen del código genético y al menos alguna forma temprana rudimentaria de corrección molecular.

Ubicación de la raíz [ editar ]

El LUCA utilizó la vía Wood-Ljungdahl o acetil-CoA reductora para fijar el carbono .
Para la ramificación de los filos bacterianos, consulte Filos bacterianos .

El árbol de la vida más comúnmente aceptado , basado en varios estudios moleculares, tiene su raíz entre un dominio monofilético Bacteria y un clado formado por Archaea y Eukaryota . [44] [45] [46] [47] [48] [49] Sin embargo, una minoría muy pequeña de estudios coloca la raíz en el dominio Bacteria, en el phylum Firmicutes , [50] o afirma que el phylum Chloroflexi es basal a un clado con Archaea y Eukaryotes y el resto de Bacteria (según lo propuesto por Thomas Cavalier-Smith ). [51]

La investigación de William F. Martin (2016) analizó genéticamente 6,1 millones de genes que codifican proteínas y 286,514 grupos de proteínas de genomas procarióticos secuenciados de varios árboles filogenéticos, e identificó 355 grupos de proteínas que probablemente eran comunes al LUCA. Los resultados "muestran a LUCA como anaeróbico , fijador de CO 2 , dependiente de H 2 con una vía Wood-Ljungdahl (la vía reductora de la acetilcoenzima A ), fijadora de N 2 y termofílica. La bioquímica de LUCA estaba repleta de clústeres de FeS y reacción radical mecanismos ". Los cofactores también revelan "dependencia de metales de transición , flavinas ,S-adenosil metionina , coenzima A , ferredoxina , molibdopterina , corrinas y selenio . Su código genético requería modificaciones de nucleósidos y metilaciones dependientes de S-adenosilmetionina ". [5] [52] [53] Los resultados son" bastante específicos ": [6] muestran que los clostridios metanogénicos eran un clado basal en los 355 linajes [ aclaración necesario ] examinado, y que el LUCA puede, por lo tanto, haber habitado un respiradero hidrotermal anaeróbicoen un entorno geoquímicamente activo rico en H 2 , CO 2 y hierro. [5]

Estos hallazgos podrían significar que la vida en la Tierra se originó en tales respiraderos hidrotermales, pero también es posible que la vida estuviera restringida a tales lugares en algún momento posterior, tal vez por el Bombardeo Intenso Tardío . [6] La identificación de estos genes como presentes en LUCA también ha sido criticada, ya que pueden representar simplemente genes posteriores que migraron a través de transferencias de genes horizontales entre arqueas y bacterias. [7]

Virus [ editar ]

Sobre la base de la distribución existente de virus en los dos dominios primarios de la vida, bacterias y arqueas , se ha sugerido que LUCA se asoció con un viroma notablemente complejo que ya incluía los principales grupos de virus existentes de bacterias y arqueas y esa extensa evolución del virus. ha precedido o precedido en el tiempo a la LUCA. [54] Este viroma ancestral probablemente estuvo dominado por virus dsDNA de los reinos Duplodnaviria y Varidnaviria . Además, dos grupos de virus de ADN monocatenario (reino Monodnaviria ), a saber, Microviridae y Tubulavirales, se puede rastrear hasta el último ancestro común bacteriano (LBCA), mientras que los virus con forma de huso probablemente infectaron al último ancestro común de arqueas (LACA). No se puede descartar la posibilidad de que estos grupos de virus estuvieran presentes en el viroma LUCA pero posteriormente se perdieran en uno de los dos dominios primarios. Por el contrario, los virus de ARN no parecen haber sido una parte prominente del viroma de LUCA, aunque el pensamiento sencillo podría haber imaginado al viroma de LUCA como un dominio de virus de ARN que descienden del mundo de ARN primordial. En cambio, para cuando LUCA vivió, los virus de ARN probablemente ya habían sido reemplazados en gran medida por la virosfera de ADN más eficiente. [54]

Ver también [ editar ]

  • Abiogénesis  : proceso natural por el cual la vida surge de la materia no viva.
  • Filos bacterianos  - Filos o divisiones del dominio Bacteria
  • Ascendencia común  : característica de un grupo de organismos con un ancestro común
  • Origen de la primera celda
  • Protocell  : glóbulo lipídico propuesto como precursor de las células vivas
  • Panspermia  : una hipótesis sobre la propagación interestelar de la vida primordial
  • Cronología de la historia evolutiva de la vida  : teoría científica actual que describe los principales eventos durante el desarrollo de la vida.

Notas al pie [ editar ]

  1. ↑ Sin embargo, algunos de esos genes podrían haberse desarrollado más tarde y luego diseminarse universalmente por transferencia horizontal de genes ("intercambio de genes") entre arqueas y bacterias . [7]
  2. ^ Sin embargo, otros estudios proponen que LUCA puede haber sido definido completamente a través del ARN , [27] consistía en un genoma híbrido ARN-ADN, o poseía un ciclo genético similar a un retrovirus con ADN sirviendo como un repositorio genético estable. [28]

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • Medios relacionados con el último antepasado universal en Wikimedia Commons