Descubiertas las estructuras bacterianas m¨¢s antiguas que llenaron el planeta de ox¨ªgeno

La primera mitad de la historia de la vida en la Tierra la escribieron las bacterias. Y durante millones de a?os lo hicieron sin necesidad de ox¨ªgeno, ausente de la atm¨®sfera de entonces. Ahora, se han descubierto las estructuras m¨¢s antiguas que usaron algunos de estos microorganismos para llenar el planeta de ox¨ªgeno gaseoso, O?. Una especie de hace unos 1.750 millones a?os ten¨ªa ya algo parecido a unas ves¨ªculas llamadas tilacoides que les permit¨ªa amplificar su capacidad para la fotos¨ªntesis. Estos tilacoides siguen presentes en las cianobacterias, algas y plantas del planeta que convierten la luz del Sol en energ¨ªa qu¨ªmica.

La fotos¨ªntesis fue un mecanismo genial por el que, en alg¨²n momento de los inicios de la vida en el planeta, las cianobacterias aprendieron a convertir la energ¨ªa que llegaba del Sol en la energ¨ªa qu¨ªmica que necesitaban. En el proceso tomaban electrones de alg¨²n compuesto presente en su entorno. En una ¨¦poca de hace m¨¢s de 2.400 millones de a?os, determinados grupos de cianobacterias aprendieron a realizar una forma particular de fotos¨ªntesis, la oxig¨¦nica. Tomaban agua (H?O), un combustible abundante, del que obten¨ªan el hidr¨®geno necesario para asimilar el carbono del CO? de la atm¨®sfera. En su metabolismo, liberaban el desecho sobrante, el ox¨ªgeno, que debi¨® consumirse oxidando los minerales de las rocas. Pero en torno a hace 2.400 millones de a?os se produjo la llamada Gran Oxidaci¨®n, por la que la atm¨®sfera terrestre lleg¨® a acumular hasta un 1% de O?. Puede no parecer mucho (la concentraci¨®n actual se acerca al 21%), pero entonces se pusieron las bases para una extraordinaria diversificaci¨®n de los seres vivos.

Las cianobacterias fueron las responsables de aquel evento. Se han encontrado algunas en el registro f¨®sil anteriores a la Gran Oxidaci¨®n, pero lo que se acaba de descubrir es parte de su ingenier¨ªa. En un yacimiento de Australia, hallaron microf¨®siles de un microorganismo llamado Navifusa majensis, se cre¨ªa que era una cianobacteria, pero no es f¨¢cil identificar un bichito como este, que apenas mide 25 micras (una micra es la mil¨¦sima parte de un mil¨ªmetro) compactado en un proceso de fosilizaci¨®n de 1.750 a?os. Tal y como detallan en un trabajo publicado en Nature, sus descubridoras han encontrado tilacoides en c¨¦lula de la N. majensis. Estas ves¨ªculas contienen elementos fotosensibles que convierten la luz en energ¨ªa qu¨ªmica. Se hab¨ªan descubierto cianobacterias que realizaban la fotos¨ªntesis oxig¨¦nica, pero no tilacoides tan antiguos.

¡°Las cianobacterias son importantes porque el ox¨ªgeno que tenemos en el planeta es el resultado de la actividad estos organismos biol¨®gicos¡±

Patricia S¨¢nchez Baracaldo, microbi¨®loga de la Universidad de Bristol, Reino Unido

Estos tilacoides descubiertos ahora suponen la primera prueba directa de la fotos¨ªntesis oxig¨¦nica con estas unidades b¨¢sicas. Como cuenta la investigadora de la Universidad de Lieja (B¨¦lgica) y autora s¨¦nior de la investigaci¨®n, Emmmanuelle Javaux, el descubrimiento ¡°muestra que las cianobacterias estaban produciendo activamente ox¨ªgeno hace 1.750 millones de a?os, por lo que en realidad los sedimentos de la Formaci¨®n McDermott [en la regi¨®n de Australia donde las han encontrado] no se formaron en un ambiente permanente o completamente an¨®xico¡±. Antes de la Gran Oxidaci¨®n no deb¨ªan de ser muchos los rincones, los nichos, donde la vida basada en el ox¨ªgeno tuviera refugio. Pero el escenario fue cambiando tras el evento. ¡°Ahora estamos investigando en el registro f¨®sil a¨²n m¨¢s antiguo para probar la hip¨®tesis propuesta de que la aparici¨®n de membranas tilacoides pudo haber contribuido al aumento de ox¨ªgeno en torno a la Gran Oxidaci¨®n y a la oxigenaci¨®n permanente de la Tierra primitiva¡±, a?ade Javaux.

Patricia S¨¢nchez Baracaldo, microbi¨®loga de la Universidad de Bristol (Reino Unido), explica que ¡°hab¨ªa ox¨ªgeno antes de la Gran Oxidaci¨®n, pero eran reductos¡±. Para S¨¢nchez Baracaldo, que investiga el origen bacteriano de la vida, ¡°las cianobacterias son importantes porque el ox¨ªgeno que tenemos en el planeta es el resultado de la actividad de estos organismos biol¨®gicos¡±. La cient¨ªfica colombiana, que tambi¨¦n investiga el origen de la fotos¨ªntesis, recuerda que ¡°el ox¨ªgeno no exist¨ªa, las bacterias se inventaron como sacarle los electrones al agua rompi¨¦ndola y fue ese ox¨ªgeno el que se acumul¨®¡±. Y a?ade: ¡°Por eso es importante determinar cuando apareci¨® este tipo de fotos¨ªntesis, algo que ha fascinado a los cient¨ªficos y tambi¨¦n a la gente porque sin ox¨ªgeno, la evoluci¨®n no habr¨ªa llevado hasta nosotros¡±.

Se han descrito unas 200 especies de cianobacterias y solo dos no tienen tilacoides. De hecho, las primeras cianobacterias no contaban con estas estructuras. Con ellas en sus membranas, estos microorganismos debieron ampliar su capacidad fotosint¨¦tica y, por tanto, la generaci¨®n de ox¨ªgeno. El nuevo elemento fue creando nuevos nichos ecol¨®gicos y, como destaca S¨¢nchez Baracaldo, que no ha participado en este trabajo, ¡°hubo organismos que probablemente comenzaron a aprender a respirar ese ox¨ªgeno, todos unicelulares¡±. La vida compleja aparece millones de a?os despu¨¦s, cuando la acumulaci¨®n de O? es cada vez mayor, acelerada por al menos dos nuevos eventos similares posteriores a la Gran Oxidaci¨®n. ¡°El ox¨ªgeno se acumula tanto que se abre la posibilidad de que los animales evolucionen. Es entonces cuando aparecen los primeros eucariotas¡±. De estos primeros eucariotas, a¨²n unicelulares, surgir¨ªan m¨¢s tarde los que debieron engullir a algunas cianobacterias, iniciando el mayor ejemplo de endosimbiosis de la historia de la vida. De esos organismos con cianobacterias con tilacoides dentro surgir¨ªan los cloroplastos que permiten a algas y plantas realizar la misma fotos¨ªntesis.

¡°En las cianobacterias con tilacoides se multiplica la superficie de membrana de manera muy importante y, por tanto, la capacidad fotosint¨¦tica de la c¨¦lula¡±

Purificaci¨®n L¨®pez, investigadora de la Universidad de Par¨ªs-Saclay, Francia

La investigadora del CNRS - Centre National de la Recherche Scientifiquela (Francia), Purificaci¨®n L¨®pez, ajena a este estudio, recuerda d¨®nde reside la importancia de los tilacoides: ¡°Aumentan la superficie donde se encuentran los fotosistemas, donde se puede hacer la fotos¨ªntesis¡±. Hay otros grupos de cianobacterias que no tienen estas estructuras y realizan la fotos¨ªntesis en la membrana externa. ¡°En las cianobacterias con tilacoides, se multiplica la superficie de membrana de manera muy importante y, por tanto, la capacidad fotosint¨¦tica de la c¨¦lula. Lo relevante de esta investigaci¨®n es que ven esos tilacoides fosilizados. Es un nivel de conservaci¨®n de 1.700 millones de a?os asombroso¡±, a?ade la microbi¨®loga espa?ola, profesora en la Universidad de Par¨ªs-Saclay.

En cierto sentido, la Gran Oxidaci¨®n protagonizada por las cianobacterias presenta paralelismos con el evento K¨CPg, la extinci¨®n masiva de vida animal por el impacto de un meteorito hace 66 millones de a?os. Si en el evento K-Pg se crearon las condiciones para la diversificaci¨®n de los mam¨ªferos, entonces unos peque?os animalitos, en la Gran Oxidaci¨®n, se pusieron las bases para la llegada de los organismos multicelulares, de la vida compleja. A L¨®pez le gusta la analog¨ªa, pero rechaza un aspecto esencial de la misma: ¡°Durante la Gran Oxidaci¨®n de la atm¨®sfera no hay extinci¨®n. Seguramente se crearon nuevos h¨¢bitats oxigenados, donde efectivamente hay una diversificaci¨®n de organismos fotosint¨¦ticos oxig¨¦nicos y de organismos aerobios que usan el ox¨ªgeno. Pero los otros no desaparecieron, siguen existiendo en lugares donde no hay ox¨ªgeno, y sigue habiendo organismos fotosint¨¦ticos anoxig¨¦nicos en lagos, en sedimentos, en tapetes microbianos y sigue habiendo una biolog¨ªa anaerobia muy importante, incluso en nuestro intestino, el microbioma¡±.

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