16.02.2016 - 05:01
L’ancestre universal, la història del concepte
A mitjan segle xx Frederick Sanger va desenvolupar les tècniques necessàries per a conèixer les seqüències d’aminoàcids i nucleòtids que conformen les proteïnes i el DNA respectivament. La informació generada per aquestes tècniques va permetre a Emile Zuckerkandl i Linus Pauling suggerir que era possible reconstruir la història dels éssers vius comparant aquestes biomolècules.
El 1977, utilitzant tècniques moleculars, es va publicar un dels descobriments més sorprenents sobre la diversitat de la vida a la Terra. Carl Woese i George Fox van descobrir que, d’acord amb les similituds i diferències en la subunitat petita de la molècula de l’RNA ribosòmic (SSU rRNA en les sigles en anglès), els éssers vius ens dividim en tres grups (Woese i Fox, 1977a). Aquests tres grups (o llinatges) són: (a) els eubacteris, (b) el nucli-citoplasma eucariota, i (c) un grup de procariotes que van denominar com arqueobacteris. En l’actualitat aquests tres grups es coneixen com a Bacteris, Eucariotes i Arqueus.
Basant-se en aquesta divisió universal, Woese i Fox van suggerir que en la divergència dels tres llinatges cel·lulars existia una entitat primitiva en què la relació entre genotip i fenotip encara no havia evolucionat a la seua forma actual (Woese i Fox, 1977b, p. 1). Aquesta entitat biològica ancestral la denominaren progenot: «Aquesta entitat primitiva s’ha denominat progenot, terme que mostra la possibilitat que encara no s’haja completat l’evolució de la relació entre genotip i fenotip.» Alguns anys més avant, Fitch i Upper (1987, p. 761), en estudiar l’evolució del codi genètic, encunyen el terme cenancestre i el defineixen com: «L’antecessor comú més recent de tots els organismes que són vius avui.»
És important notar les diferències entre ambdós conceptes. El progenot implica un estat primitiu, en tant que el concepte de cenancestre no necessàriament. El cenancestre, també conegut com «Last Universal Common Ancestor» o LUCA, és només l’últim ancestre comú de tots els éssers vius que existeixen actualment i aquest ben bé podia haver estat simple com un progenot o complex com una cèl·lula actual.
Gràcies al desenvolupament de la tecnologia de seqüenciació del DNA i a l’acumulació d’una gran quantitat i diversitat de seqüències en les bases de dades, va ser possible començar a identificar els gens conservats entre els Bacteris, Arqueus i Eucariotes (figura 6). Això va permetre aplicar una metodologia simple per a inferir els gens que en principi es trobaven presents en el genoma del cenancestre. Basant-se en aquesta metodologia, Lazcano, Fox i Oró proposen (1992) que l’últim ancestre comú posseïa una maquinària genètica semblant a la d’una cèl·lula procariota actual.
No obstant això, la filogènia proposada per Woese i Fox no té arrel. És a dir, no mostra si algun dels llinatges cel·lulars és més antic que els altres dos. La primera aproximació per a tractar d’identificar la posició de l’arrel de l’arbre universal va ser realitzada independentment per dos grups d’investigació en utilitzar gens duplicats universalment conservats. Ambdues anàlisis suggerien que l’arrel de l’arbre universal es troba en la branca dels bacteris (figura 7). Això va reforçar la idea que el cenancestre era de naturalesa procariota.
RNA o DNA?
El 1996 Mushegian i Koonin van comparar els genomes dels bacteris Haemophilus influenzae i Mycoplasma genitalium per proposar el conjunt mínim i suficient de gens necessaris per a sustentar la vida cel·lular. També van buscar gens homòlegs a H. influenzae i M. genitalium tant en Arqueus com en Eucariotes per tractar d’identificar gens universalment conservats i inferir la naturalesa de l’últim avantpassat comú. Com que no van trobar gens homòlegs per a l’enzim que s’encarrega de replicar el DNA en els tres llinatges cel·lulars, Mushegian i Koonin van proposar que l’últim ancestre comú dels éssers vius posseïa un genoma d’RNA. Això significaria que l’últim ancestre comú seria més simple que qualsevol cèl·lula coneguda avui dia. No obstant això, inferències posteriors han mostrat que el conjunt de gens conservats no és consistent amb el nivell de complexitat d’un progenot.
Gens nous, gens perduts i el cenancestre
D’una banda, un genoma pot guanyar gens ja siga per transferència horitzontal o per creació de novo. D’altra banda, un gen que ja no contribueix a la supervivència d’un organisme pot perdre’s al llarg de l’evolució. Com ja vam veure, la freqüència d’aquests esdeveniments afecta la reconstrucció del contingut gènic de l’últim ancestre comú. En un intent per tractar d’inferir el contingut de gens del cenancestre tenint en compte els esdeveniments de guany i pèrdua de gens al llarg de la història de la vida en la Terra, Mirkin i col·laboradors (2003) van desenvolupar un algoritme basat en l’argument de la parsimònia. D’acord amb el seu algoritme, l’últim ancestre comú tindria al voltant de 572 gens. Aquest conjunt de gens és quasi suficient per a codificar un metabolisme coherent. No obstant això, hi ha dues absències importants. La primera, com ja mencionem anteriorment, és la falta d’una polimerasa de DNA. La segona gran absència són dos enzims clau encarregats de la síntesi de lípids de la membrana cel·lular.
La falta d’aquests components és sorprenent si considerem que representen dues de les tres propietats més importants dels éssers vius: la delimitació d’un ésser viu del seu ambient a través d’una membrana plasmàtica i l’herència del material genètic basada en la replicació d’un àcid nucleic (Szathmáry, 2005). L’altra característica important dels éssers vius, de la qual parla Eörs Szathmáry i que sí que és present en la reconstrucció de Mirkin, és el metabolisme. La disputa sobre la naturalesa del genoma de l’últim avantpassat comú i la naturalesa de les seues membranes encara no està tancada en la comunitat científica (Peretó, López-García i Moreira, 2004; Poole et al., 2014).
Llig l’article sencer a la web de Mètode.
Arturo Becerra. Professor de la Facultat de Ciències de la Universitat Nacional Autònoma de Mèxic (UNAM). És autor de diverses publicacions científiques sobre l’evolució primerenca de la vida a la Terra.
Luis Delaye. Professor del Centre de Recerca i Estudis Avançats de l’Institut Politècnic Nacional (CINVESTAV) Unitat Irapuato (Mèxic). És autor de diverses publicacions científiques sobre evolució de bacteris..
