Evolución

'Antepasado común' es el término que usamos para referirnos al ser vivo o especie del cual descienden dos o más especies; o del ser vivo del cual descienden dos o más seres vivos dentro de una especie.Su forma determinada (“el [ancestro] común”) se refiere al que los antepasados de éste serán a la vez antepasados comunes de todos sus descendientes. Al referirse a la relación evolución biológica evolutiva dentro de una especie, un ejemplo común es el uso del término para describir al antepasado común femenino y masculino de la especie humana (Eva mitocondrial y Adán cromosomal-Yrespectivamente); o en la conformación de linajes familiares. Al referirse a la relación evolutiva entre diferentes especies, a partir de lafilogenia se postula la existencia de un último ancestro común universal de todas las especies. Ello lleva igualmente a postular como consecuencia, que dadas dos o más especies, aunque su relación sea escasa, debe postularse igualmente la existencia de unantepasado común, ancestro de ambas. El concepto sólo es problemático cuando tratamos de aplicarlo a representantes de dominiosdistintos (bacterias (s.s.), arqueas y eucariontes). Porque no están claras las relaciones entre ellos, con hipótesis que proponen, por ejemplo, que los eucariontes surgieron como quimera de bacterias y arqueas.

La Teoría del Ancestro Común se basa en una teoría de Darwin que explica que las especies cambian e imaginó un posible proceso de modificación en el cual las especies se adaptan a su medio ambiente dependiendo de qué tan efectiva es la especie en términos de supervivencia. Según Darwin, este proceso ocurre o se organiza de una manera ramificada para explicar las variaciones hereditarias en las que especies y determinar los cambios fisiológicos que denotan la evolución en cada uno de los seres vivos. Esta Teoría, sustenta la idea de que todos fuimos originados a partir de un ancestro común, del cual todos somos derivados. Esta teoría, explica la diversidad de las formas de vida y está apoyada en evidencia científica proveniente de la biogeografía (la ciencia que estudia la localización de los seres vivos en el planeta), el estudio de los fósiles de épocas prehistóricas, la embriología comparativa (también llamada biología del desarrollo, que se encarga de estudiar el desarrollo de los seres vivos hasta la madurez), la anatomía comparativa (la comparación de las características físicas de los seres vivos) y la biología molecular. Parte de esta teoría, se basa en que para sobrevivir y ocupar nichos en la red trófica, los organismos se diversifican teniendo, sin embargo, un organismo cero, del que se originó la vida en todas sus formas. El cambio se produce a través de variaciones genéticas que pueden ocurrir a lo largo de muchas generaciones mediante el proceso de selección natural; es decir, los organismos más capaces para sobrevivir se reproducen, pasando así a su descendencia las características que lo mantuvieron con vida, mientras que los menos aptos para sobrevivir, desaparecen. El cambio también se puede producir a través de mutaciones genéticas que no necesariamente tienen que ocurrir en un período largo de tiempo.

Un estudio publicado esta semana en la revista Nature ofrece resultados que avalan la teoría sobre un único antepasado común para todos los seres vivos  propuesta por Charles Darwin, que hace 150 años afirmó que existía una herencia genética compartida entre los microorganismos y los seres humanos.

En El origen de las Especies, publicada en el año 1859, el naturalista afirmaba que "todos los organismos que viven sobre la Tierra descienden de una forma primordial de vida". Más de un siglo y medio después, se han encontrado evidencias que avalan esta idea. En concreto, existen evidencias que revelan la existencia de un modo de vida "elemental" que facilitó la transferencia genética, un suceso que ocurrió cuando los organismos singulares intercambiaron sus genes con otros organismos más complejos en el momento de la reproducción. Por ello, algunos científicos argumentan que estos parentescos "hicieron posible que la vida entrara en acción".

Según los responsables del estudio de Nature, "la teoría de Darwin es más probable que la existencia de múltiples ancestros independientes". Para llegar a estas conclusiones, los científicos establecieron vínculos entre la transferencia de genes y el origen múltiple de la vida, abriendo así "la vía a un camino desconocido".

El último antepasado común universal, conocido por sus siglas en inglés LUCA (last universal common ancestor) es el hipotético último organismo del cual descienden todos los existentes. Como tal es el antepasado común más reciente de todo el conjunto de los seres vivos actuales y probablemente también de todos los conocidos como fósiles, aunque no se puede descartar teóricamente que se identifiquen restos de otros seres vivos de la misma o mayor antigüedad que él. Se estima que vivió hace alrededor de 3.500 millones de años.
También se denomina último antepasado universal (LUA, last universal ancestor) y último ancestro común (LCA, last common ancestor) o simplemente ancestro universal.

El concepto de último antepasado común universal a veces se aplica, también, no sólo a las especies de organismos, sino a los sistemas componentes de estos organismos, e incluso a sus órganos o aparatos. Por ejemplo, el neurobiólogo argentino Crocco señaló en los años 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 posicionarse respecto a ellas para ingerirlas, es el último antepasado común universal del sistema nervioso de los animales multicelulares, significando con ello que, independientemente de que las morfologías o formas iniciales de sistemas nerviosos hubieran aparecido evolutivamente en distintas ocasiones en varios filos animales, conservaron todos las variaciones de electropotencial que, sólo en algunos taxones, se aprovecharon para ciertas funciones nerviosas superiores. Y, asimismo, aunque con menor precisión, cabe similarmente expresar que los arcos branquiales constituyen el último antepasado común universal del aparato hioideo o del órgano denominado trompa de Eustaquio.

Esta hipótesis surge en 1859 cuando Charles Darwin publicó El origen de las especies, sosteniendo que habría habido sólo un progenitor para todas las formas de vida. Afirmó en suma: "...debo inferir la analogía de que probablemente todos los seres orgánicos que han vivido en esta tierra han descendido de una forma primordial, en la que la vida respiraba primero."^[1] Así pues, 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 60, cuando el código genético fue descifrado y se encontró que éste era universal. El hecho de que el código genético sea universal para todas las formas de vida nos 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). Esto llevó a suponer que LUCA evolucionó en ambientes como las fumarolas negras de las dorsales medioceánicas, donde tales condiciones extremas continúan hoy en día.
Luego se ha encontrado en base a la evidencia fósil, que los organismos eucariotas se originaron posteriormente y que este 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,^[2] a la que ha llamado 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, aún 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.

   

Según Carl Woese, el organismo ancestral fue un progenote, el cual habría presentado menos complejidad que cualquier otro organismo procariota actual, un precursor que incluso era anterior a la evolución del ADN, es decir, un habitante de un mundo de ARN.^[4] Posteriormente en base a los árboles filogenéticos de ARNr 16S/18S, Woese concluye que hay una gran divergencia entre tres grandes grupos descendientes del progenote: Archaea, Bacteria y Eucarya, definiéndose así el sistema de los tres dominios.^[5] Una hipótesis viral que apoya este modelo, sostiene que los tres dominios pudieron originarse por transferencia genética entre las células primarias de ARN y tres virus ADN, lo que dio origen a cada genoma ancestral.^[6]
Por otro lado, otros autores reconocen la existencia del progenote, pero no en la posición de LUCA sino como un ancestro de éste. En este sentido LUCA sería en realidad un organismo procariota, completamente evolucionado como tal.^[7] Además de esto, la hipótesis de un ancestro de ARN ha sido debatida, y en base a los conocimientos actuales se le considera un modelo probable, pero al mismo tiempo imposible de demostrar.


Según Radhey Gupta, el organismo precursor fue una bacteria Gram positiva, la cual es monodérmica por poseer una sola membrana. De ella evolucionaron por un lado las bacterias didérmicas (Gram negativas) al adquirir una segunda membrana y por otro lado las arqueas; en ambos casos se dio por adaptación a la presión selectiva debido a la presencia de antibióticos que producen algunas bacterias Gram positivas. Este modelo está respaldado según el autor, por la evolución de la estructura celular y por árboles filogenéticos proteicos.^[9] El origen de los organismos eucariotas no está relacionado directamente con LUCA, ya que es un fenómeno posterior.
Thomas Cavalier-Smith postula que fue una Negibacteria (bacteria Gram negativa) fotosintética anoxigénica la que originó todos los grupos actuales. LUCA habría tenido todas las característica básicas de una bacteria Gram negativa, como la doble membrana celular lipídica acil-éster, genoma grande, pared celular de peptidoglicano, ausencia de flagelo, biología molecular bacteriana y división celular; con un probable metabolismo fotosintético anaerobio similar a las actuales bacterias verdes no sulfurosas. Las bacterias Gram positivas (Posibacteria) aparecen posteriormente por pérdida de la membrana externa; de estas a su vez deriva Neomura por pérdida de la pared celular, y de Neomura se derivan arqueas y eucariontes.^[10]
Esta hipótesis es compatible con teorías sobre el origen de la vida basadas en que en ciertas condiciones se forman microesferas de proteinoides, las cuales son como protocélulas que poseen un tamaño y una estructura de doble membrana similar al de las bacterias Gram negativas.^[11] Sin embargo, el principal problema está en que no se cuenta con ningún árbol filogenético molecular que respalde la hipótesis de una bacteria fotosintética ancestral.

Ya en 1871, el naturalista Darwin en una carta dirigida al botánico Hooker, sugirió que la vida habría empezado en un tibio charco de agua.^[13] Hay dos hipótesis que sustentan la posibilidad de un ancestro termófilo:

Procariontes ancestrales termófilos y quimiosintéticos parecidos a arqueas pudieron habitar en las fumarolas negras que abundaron en tiempos arcaicos.

• 1.- Según Oparin y Haldane, quienes desarrollaron la Teoría quimiosintética en 1924,^[14] el origen de la vida se relaciona con el caldo primigenio y la atmósfera reductora en tiempos arcaicos, catalizado por la energía solar, energía eléctrica de las tormentas y calor volcánico. Luego en 1952, el experimento de Miller y Urey respalda este modelo al lograr sintetizar compuestos orgánicos, incluso aminoácidos, al simular una atmósfera de metano, amoníaco, hidrógeno, dióxido de carbono y nitrógeno, con agua a alta temperatura. Estas hipótesis han perdido fuerza debido a que actualmente se considera que la atmósfera primigenia se componía de dióxido de carbono, nitrógeno y vapor de agua, con los cuales no se puede sintetizar aminoácidos.^[15]

• 2.- Según Günter Wächtershäuser, quien desarrolló la Teoría del mundo de hierro-sulfuro en 1988, el ancestro universal era un microorganismo hipertermófilo y quimiosintético, parecido a las arqueas debido a que los lípidos de su membrana contenían lípidos isoprenoides (los cuales serían precursores de los lípidos grasos de bacterias y eucariontes); y que habitaban en ambientes de agua líquida, pH neutro, alta salinidad, alta temperatura, alta presión, un lugar donde el sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono y el nitrógeno son catalizados por iones metálicos ferrosos y otros, en donde las exhalaciones volcánicas chocan con un flujo hidrotermal y no a mar abierto sino en la superficie de minerales catalizadores como la pirita.^[16] Posteriormente Wächtershäuser logra sintetizar en el laboratorio aminoácidos y péptidos en estas condiciones calientes y anaerobias.^[17]

La reconstrucción de árboles genéticos moleculares ha dado respaldo a la hipótesis de un ancestro termófilo.^[18] Las fuentes hidrotermales volcánicas del oscuro fondo del océano, pudieron crear condiciones favorables para el origen de la vida, pues permite el metabolismo quimiosintético y el gradiente químico para la síntesis de aminoácidos en ausencia de enzimas.^[19] En fuentes hidrotermales alcalinas encontramos condiciones termodinámicas, bioenergéticas y de gradientes de protones, para que se produzca el metabolismo quimiótrofo del carbono (receptor de CO₂), la captación de energía por quimiósmosis para la síntesis de ATP y la captación del hidrógeno como primer donante.^[20]
La respiración de LUCA debió ser anaerobia, ya que en este medio los aminoácidos entran con más frecuencia a las proteínas, y las arqueas y bacterias ancestrales debieron ser también anaerobias.^[21] Esto es previsible toda que vez la gran Oxidación de la atmósfera y los océanos ocurrió hace 2.450 millones de años^[22] y la aparición de los eucariontes (aerobios) debió ser posterior e ese tiempo. Esta respiración anaerobia debió ser del sulfato, del azufre o del nitrato.^[23]
Debido a la idea cada vez más difundida de que el origen eucariota es producto de la fusión biológica entre arqueas y bacterias, si uno quiere saber acerca de LUCA, los únicos dominios que vale la pena explorar son los de las bacterias y las arqueas.^[24] Según Manfredo Seufferheld (Universidad de Illinois), no sabemos la apariencia de LUCA, pero debió ser un microorganismo con una estructura compleja reconocible como una célula y similar a una arquea.^[25] Muchos estudios sobre filogenia bacteriana presentan a los termófilos como los filos más antiguos, mientras que en los filos arqueanos, la mayoría presenta características comunes que permiten deducir que una arquea ancestral pudo ser un organismo de una sola membrana, hipertermófilo, acidófilo, anaerobio y de metabolismo quimilitoautótrofo, es decir, independiente de la luz y de sustancias orgánicas pero dependiente del CO₂ y de otros químicos inorgánicos. Probablemtente LUCA divirgió por un lado en bacterias por el desarrollo de la pared protectora de peptidoglicano, mientras que las arqueas se adaptaron al medio hiperácido de las fumarolas blancas; en todo caso la divergencia es antigua, pues ambos grupos son tan distintos que incluso la conjugación genética entre ellos es difícil.