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Carlos del Porto Blanco

LUCA, Last Universal Common Ancestor (último antepasado común universal), o Último Antepasado Universal (LUA, last universal ancestor) y último ancestro común (LCA, last common ancestor) o simplemente ancestro universal. Es un organismo hipotético del cual se infiere que descienden todas las formas de vida en la Tierra. Aunque no se ha encontrado un fósil de LUCA, los científicos han utilizado estudios genéticos para reconstruir su posible apariencia y hábitat.

No puedes depender de tus ojos cuando tu imaginación está fuera de foco. Charles Darwin

¿Qué es LUCA?

LUCA es el ancestro común más reciente de todos los seres vivos, desde bacterias unicelulares hasta organismos complejos como los seres humanos. Ese concepto surge de postulados de Jean-Baptiste Lamarck y de la teoría de la evolución de Charles Darwin, quien sugirió que todas las formas de vida comparten un origen común. No se puede descartar teóricamente que se identifiquen restos de otros seres vivos de la misma o mayor antigüedad que él. Los fósiles más antiguos de seres vivos son los microfósiles de Canadá, con una antigüedad de 4280 millones de años. Según relojes moleculares recientes, las arqueas y bacterias divergieron a finales del eón Hádico, lo que implica que LUCA tuvo que haber vivido en ese eón aproximadamente hace 4350 millones de años según las estimaciones.

Se ha planteado que el concepto de último antepasado común universal sea aplicado, también, no solo a las especies de organismos, sino a los sistemas componentes de ellos, e incluso a sus órganos o aparatos. El neurobiólogo argentino Crocco planteó en la década de 1960, que el sistema bioeléctrico para el control (no para la coordinación) de la natación de los protozoos predadores por medio de las cilias, control que les permite seguir a las presas y situarse respecto a ellas para ingerirlas, es el último antepasado común universal del sistema nervioso de los animales multicelulares. Eso significa que, independientemente de que las morfologías o formas iniciales de sistemas nerviosos hubieran aparecido evolutivamente en distintas ocasiones en varios filos animales, se conservaron todas las variaciones de electropotencial que, solo en algunos taxones se aprovecharon para ciertas funciones nerviosas superiores, al igual que los arcos branquiales constituyen el último antepasado común universal del aparato hioideo o del órgano denominado trompa de Eustaquio.

LUCA probablemente vivió en estanques geotérmicos, similares a las fuentes hidrotermales que se encuentran en el fondo de los océanos. Esos ambientes extremos, con temperaturas que podían superar los 90 grados Celsius, ofrecían las condiciones necesarias para el desarrollo de la vida. Entender a LUCA es crucial para comprender el origen y la evolución de la vida en la Tierra. Las investigaciones sobre “él” tienen implicaciones para la búsqueda de vida en otros planetas, ya que ayuda a identificar los tipos de ambientes donde la vida podría surgir.

La primera hipótesis aparece en 1859, cuando Charles Darwin publicó “El origen de las especies”, sosteniendo que habría habido solo un progenitor para todas las formas de vida. Afirmó, en suma: «(…) Por lo tanto, debo inferir por analogía que probablemente todos los seres orgánicos que han vivido en esta tierra han descendido de alguna forma primordial, en la que la vida fue inspirada por primera vez». De esa forma, la idea del ancestro común es un principio fundamental de la teoría evolutiva.

El hecho de que debió existir un solo ancestro universal se hizo patente por primera vez en los años 1960, cuando el código genético fue descifrado y se encontró que era universal. El hecho de que el código genético sea universal para todas las formas de vida indica que todas ellas están relacionadas. Más recientemente, al construir cladogramas globales basados en la distancia genética entre las células actuales más divergentes, se interpretó que hubo divisiones muy tempranas, como la de las arqueas, de las que principalmente se conocen formas extremófilas (altamente resistentes a condiciones ambientales extremas de gran salinidad, temperatura o acidez). Eso llevó a suponer que LUCA evolucionó en ambientes como las fumarolas negras de las dorsales medioceánicas, donde tales condiciones extremas continúan hoy en día.

Se ha encontrado, basándose en la evidencia fósil, que los organismos eucariotas se originaron posteriormente y que ese origen se produjo, según las teorías más actuales, por simbiogénesis entre una bacteria y una arquea, por lo que LUCA estaría relacionado con la temprana divergencia entre arqueas y bacterias. Carl Woese propuso que nuestra herencia genética pre-LUCA deriva de una comunidad de organismos, más que de un individuo, a la que llamó progenote; en esa fase, el genoma debía presentar una gran variabilidad, a diferencia de lo que ocurre en los organismos actuales, cuyo genoma está definido con mucha precisión. Sin embargo, los modelos estadísticos revelan que es mucho más probable que la vida haya surgido de un solo ancestro común en lugar de varias fuentes, aun tomando en cuenta la transferencia horizontal de genes: un modelo con un único ancestro común, pero permitiendo cierto intercambio de genes entre especies, resulta 103489 veces más probable que el mejor modelo de múltiples ancestros.

Para precisar, LUCA no significa:

  1. El primer organismo vivo que existió.
  2. El organismo actual más próximo en sus características al antepasado común.
  3. Que solo existía ese organismo al principio.

Características generales

Existen características que son comunes a todos los seres vivos, ya que todos poseen el mismo código genético y eso a su vez demuestra un origen común. Esas características debieron ser parte del ancestro universal y son las siguientes:

  • Capacidad de reproducción dada por la réplica de la información genética contenida en el ADN (ácido desoxirribonucleico), el cual va agrupado en genes y se compone de cuatro bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina y timina.
  • Varios tipos de ARN (ácido ribonucleico) como el ribosomal, el mensajero y el de transferencia, compuestos por las bases nitrogenadas adenina, guanina, citosina y uracilo.
  • Desde el ADN se expresa el código genético con el ARN como intermediario para la producción de proteínas mediante los procesos de transcripción y traducción.
  • Las proteínas están formadas por los llamados 21 aminoácidos naturales. los cuales son codificados en el genoma: alanina, arginina, asparagina, aspartato, cisteína, fenilalanina, glicina, glutamato, glutamina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, prolina, serina, tirosina, treonina, triptófano, valina y el último en ser descubierto en los tres dominios, la selenocisteína. Todos esos aminoácidos son alfa-levógiros.
  • Presencia de cientos de enzimas, como las que actúan sobre el ADN para su replicación (polimerasas), control (topoisomerasas) y reparación (ligasas), además de enzimas que actúan sobre el ARN, o las que catalizan las reacciones bioquímicas del metabolismo y otras.
  • Uso del nucleótido ATP (adenosina trifosfato), forma básica para la transferencia de la energía celular.
  • Estructura celular simple (procariota), lo que implica que debió ser un microorganismo unicelular, con un citoplasma de agua conteniendo elementos solubles como el nucleoide (ADN) y ribosomas; rodeando al citoplasma una membrana celular compuesta de una bicapa lipídica; reproducción por fisión binaria y capacidad de conjugación genética.
  • Dentro de la célula, la concentración de sodio fue menor que en el exterior, mientras que la de potasio fue mayor. Ese gradiente se mantuvo por acción de los canales iónicos de las proteínas transmembranales.
  • Metabolismo anaerobio, sin ciclo de Krebs. Se ha postulado que habría sido autótrofo, termófilo, de un hábitat hidrotermal rico en hierro, con fijación de CO2 y con una probable ruta de Wood-Ljungdahl dependiente de H2.
  • Se cree que habría poseído la vía del mevalonato para la biosíntesis de isoprenoides, debido a que es común en arqueas y en bacterias primitivas.

Desarrollo histórico del concepto

En la actualidad se considera que LUCA, a diferencia de una entidad que representa el origen de la vida en la Tierra, fue una forma de vida compleja que evolucionó hasta convertirse en un nodo en la raíz del árbol de la vida, del que se derivan los procariotas (bacterias y arqueas). La búsqueda de una forma de vida de ese tipo comenzó en serio en la década de 1990, impulsada por la investigación realizada por los científicos Carl Woese y George Fox, quienes en la década de 1970 idearon la clasificación de toda la vida en tres líneas de descendencia, sobre la base de estudios filogenéticos de secuencias de ARN ribosómico.

Las tres líneas eran las eubacterias, o bacterias típicas; las urcariotas, o células eucariotas complejas que contienen citoplasma y orgánulos rodeados de membrana; y las arqueobacterias, o bacterias metanogénicas, que poseen sistemas metabólicos únicos y no tienen una relación clara con las bacterias o las células eucariotas. En la base del árbol de la vida que se ramificaba en bacterias, arqueobacterias y eubacterias se encontraba un ancestro común aún desconocido. Woese y Fox sugirieron que dicho ancestro habría sido una entidad relativamente simple, posiblemente un progenote primitivo, una entidad que representaba una etapa temprana de la organización celular y servía como vínculo evolutivo entre el genotipo y el fenotipo.

En 1990, Woese y sus colegas propusieron una clasificación formal de la vida en tres dominios, denominados Bacteria, Eukarya y Archaea, y avanzaron el concepto de LUCA. La idea de Woese de dividir la vida en tres linajes distintos fue impulsada por datos moleculares emergentes. Esos datos ayudaron a alejarse de la dependencia exclusiva de las comparaciones fenotípicas clásicas, que eran en gran medida poco confiables para comprender relaciones evolutivas complejas.

Se han empleado diversos enfoques en la búsqueda de LUCA. En algunos casos, el enfoque se ha centrado en aislar secuencias genéticas compartidas entre especies y, por lo tanto, sugerir un ancestro común. Por ejemplo, los humanos y los chimpancés comparten alrededor del 98 por ciento de sus secuencias genéticas, lo que es un fuerte indicio de que ambas especies surgieron de un ancestro común. LUCA también puede haber dejado una marca dentro del material genético de los organismos modernos.

En 2016, los investigadores compararon las secuencias de unos seis millones de genes codificadores de proteínas de organismos procariotas; se concluyó que 355 de las secuencias probablemente se originaron a partir de LUCA. También se han investigado los procesos bioquímicos compartidos dentro de las células. La investigación ha demostrado, por ejemplo, que las especies de Bacteria, Archaea y Eukarya han conservado vías metabólicas centrales para la síntesis de aminoácidos, lípidos, nucleótidos, azúcares y cofactores orgánicos. Dado que es muy poco probable que los organismos de los tres dominios hayan desarrollado vías idénticas independientemente, los científicos sugieren que LUCA debe haber establecido este núcleo metabólico original.

Otras investigaciones han demostrado que las células eucariotas contienen contribuciones de procariotas de bacterias y arqueas. Entre esas contribuciones se encuentran las mitocondrias (orgánulos productores de energía) y los mecanismos metabólicos. Esas observaciones sugieren un papel para la transferencia horizontal de genes, en la que los genes se transmiten a través de diferentes genomas, en la evolución de los tres dominios. La transferencia horizontal de genes permite a los organismos adquirir diversas características que no pueden adquirir a partir de la transmisión vertical de material genético a lo largo de una línea familiar.

El origen en el lugar y el tiempo para la aparición de LUCA sigue siendo un tema de debate. En la década de 1990, se pensaba que el ancestro común más reciente había surgido por primera vez entre 3800 y 3200 millones de años atrás. En 2023, una investigación señaló un origen de entre 4520 y 4320 millones de años atrás, solo unos pocos millones de años después de que la Tierra se volviera lo suficientemente estable como para sustentar la vida. Los eucariotas surgieron después de las bacterias y las arqueas y, por lo tanto, son más jóvenes en términos de edad evolutiva, lo que indica que los dominios Bacteria y Archaea divergieron de LUCA, mientras que Eukarya presumiblemente se desarrolló a partir de la fusión de genes y mecanismos celulares que se originaron en los otros dos dominios.

La naturaleza misma de LUCA también es desconocida. Las secuencias genéticas y los mecanismos químicos y metabólicos rastreados hasta LUCA sugieren que era un microorganismo termófilo, o amante del calor, que vivía cerca de los respiraderos de aguas profundas. Las altas temperaturas y los ricos recursos químicos de dichos respiraderos habrían proporcionado un entorno ideal para el origen y la supervivencia de LUCA, que, dadas las necesidades metabólicas y los subproductos dilucidados de LUCA, puede haber sido parte de un ecosistema más grande. Las investigaciones han sugerido que ese antepasado común más reciente probablemente era más procariota que progenótico, en contraste con la concepción inicial de Woese y Fox.

Una investigación de la Universidad de Bristol, publicada en 2024, ha inferido que LUCA existía hace unos 4200 millones de años y era un acetógeno anaeróbico procariota (un microorganismo que genera acetato como producto de la respiración anaeróbica). Además, esa investigación sugiere que LUCA poseía elementos genéticos que representaban un sistema inmunológico primitivo y respalda la idea de que LUCA era parte de un ecosistema establecido. La investigación se basó en la comparación de los genes de los genomas de las especies vivas, contando las mutaciones acumuladas a lo largo del tiempo para llegar hasta el antepasado común de todos.

Los estudios sobre LUCA han sido objeto de debates intensos en diversas disciplinas, basándose en datos y métodos variados. Las estimaciones de su edad suelen basarse en el registro fósil, que varía con cada reinterpretación. La naturaleza del metabolismo de LUCA también ha sido un tema controvertido. Algunos investigadores atribuyen todos los metabolismos básicos a LUCA, mientras que otros reconstruyen una forma de vida más simple, dependiente de la geoquímica.

Un grupo de científicos del Instituto Pasteur en Francia realizó análisis genéticos y evolutivos que los llevaron a concluir que posiblemente LUCA no vivía en aguas tan calientes como los 90 grados Celsius. Los investigadores analizaron secuencias de una proteína llamada girasa inversa, que está presente en los organismos capaces de soportar altas temperaturas. «La mera presencia o ausencia (de esa proteína) permite deducir información acerca de la temperatura óptima para el crecimiento de organismos extintos hace mucho tiempo, incluso tan lejanos como LUCA», dice el informe de los expertos.

Los análisis de los expertos sugieren que esa proteína no estaba presente en LUCA, así que posiblemente no hubiera sido capaz de vivir en ambientes tan calientes como hasta ahora se creía. Aún faltan muchas pistas para saber si algún día se encontraran rastros de LUCA, sin embargo, si esa investigación está en lo cierto, significa que durante décadas posiblemente se ha estado buscando en el lugar equivocado.

A través del análisis del tiempo de divergencia de duplicados de genes anteriores a LUCA, calibrado con fósiles microbianos y registros isotópicos, se infiere que LUCA vivió hace aproximadamente 4200 millones de años. La reconciliación filogenética sugiere que LUCA tenía un genoma de al menos 2.5 megabases, codificando alrededor de 2600 proteínas, comparable a los procariotas modernos. Los resultados sugieren que LUCA era un acetógeno anaeróbico de grado procariota que poseía un sistema inmunológico temprano.

Aunque a veces se percibe a LUCA como un organismo aislado, se infiere que formaba parte de un sistema ecológico establecido. El metabolismo de LUCA habría proporcionado un nicho para otros miembros de la comunidad microbiana, y el reciclaje de hidrógeno por la fotoquímica atmosférica podría haber sostenido un ecosistema primitivo productivo. Esa idea desafía la percepción de que los primeros organismos vivían en un ambiente estéril y destaca la complejidad de los ecosistemas tempranos de la Tierra.

La formación de la Tierra y la rápida aparición de la vida plantean preguntas fascinantes sobre cómo y por qué surgieron los primeros organismos. Además, es una buena noticia porque la aparición temprana de LUCA ayuda a explicar la enorme diversidad que existe, por ejemplo, entre las arqueas y los procariotas.

La investigación sobre LUCA no solo nos proporciona una ventana al pasado, sino que también tiene implicaciones para la búsqueda de vida en otros planetas. Comprender el origen de la vida en la Tierra puede ofrecer pistas sobre las condiciones necesarias para la vida en otros mundos, ampliando las posibilidades de encontrar vida extraterrestre.

Referencias

 

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