LOS DOMINIOS Y REINOS DE LA VIDA (NASA)

Instituto de Astrobiologia de la NASA
NASA Astrobiology Institute (NAI)
Fecha original : 2001-10-22
Traducción Astroseti : 2003-04-12
Traductor : Rafael Rodríguez Tapia

Versión original
VIDA

Los Tres Dominios De La Vida
Por Leslie Mullen

Cuando los científicos empezaron a clasificar la vida, todo fue etiquetado como planta o animal. Pero a medida que se iban descubriendo nuevas formas de vida y aumentaba nuestro conocimiento de la vida en la Tierra, la antigua clasificación se mostró insuficiente para organizar la diversidad y la complejidad de la vida.|

Cuando los científicos empezaron a clasificar la vida, todo fue etiquetado como planta o animal. Pero a medida que se iban descubriendo nuevas formas de vida y aumentaba nuestro conocimiento de la vida en la Tierra, se añadieron nuevas categorías llamadas “Reinos”. Al final han llegado a ser cinco Reinos en total: Animales, Plantas, Hongos, Protistas y Bacterias.

En general se subagrupaban los cinco Reinos en dos categorías llamadas Eucariotas y Procariotas. Los Eucariotas comprenden cuatro de los cinco Reinos (animales, plantas, hongos y protistas). Son Eucariotas los organismos cuyas células tienen un núcleo, una especie de saco que contiene el ADN de la célula. Animales, plantas, protistas y hongos son eucariotas porque todos tienen en sus células un núcleo que contiene su ADN, y este núcleo está contenido dentro de una membrana.

Las células de los procariotas, por otro lado, carecen de esta membrana nuclear. En lugar de ello, su ADN es parte de una estructura protéinica-nucleica llamada nucleoide. Todas las bacterias son procariotas.

Sin embargo, un nuevo enfoque de la biología molecular cambió este punto de vista. Un tipo de organismo procariota que desde hacía mucho había venido siendo caracterizado como bacteria resultó tener un ADN muy diferente del ADN bacterial. Esta diferencia llevó al microbiólogo Carl Woese, de la Universidad de Illinois, a proponer una reorganización del Árbol de la Vida en tres Dominios separados: Eucariotas, Eubacterias (bacterias verdaderas) y Archaea.

Los Archaea parecen bacterias, y por eso se les clasificó como tales al principio: organismos unicelulares tienen el mismo tipo de filamentos, espirales y aspecto de canica de las bacterias. Archaea y bacterias comparten también ciertos genes, de modo que funcionan de modo similar en algunos sentidos. Pero los Archaea también comparten genes con los eucariotas, así como poseen genes que son completamente exclusivos.

A los Archaea se los denomina así porque se cree que son la forma menos evolucionada de vida en la Tierra (“archae” significa “antiguo”). La capacidad de algunos Archaea para vivir en condiciones ambientales similares a la de la Tierra temprana da un indicio de la antigua herencia de ese dominio.

La Tierra temprana era cálida, con muchos volcanes extremadamente activos y una atmósfera compuesta principalmente de nitrógeno, metano, amoniaco, dióxido de carbono y agua. Había poco oxígeno en la atmósfera, si es que había algo. Los archaea y algunas bacterias evolucionaron en estas condiciones, y son capaces de vivir en condiciones igualmente duras en la actualidad. Muchos científicos sospechan ahora que esos dos grupos se dividieron desde un ancestro común, relativamente poco después de que la vida comenzara.

Millones de años después del desarrollo de los archaea y las bacterias, los ancestros de los actuales eucariotas salieron de los archaea. Así que aunque los archaea parecen bacterias, están en realidad más estrechamente relacionados con nosotros.

Si no fuera por la prueba de ADN, esto sería difícil de creer. Los archaea que viven en ambientes extremos pueden soportar condiciones que matarían rápidamente a los organismos eucariotas. Los termófilos, por ejemplo, viven a altas temperaturas: el récord actual es 113ºC (235ºF).

Por el contrario, ningún eucariota conocido puede sobrevivir por encima de 60ºC (140ºF). También están los psicrófilos, a los que les gustan las altas temperaturas: hay uno en la Antártida cuyo crecimiento óptimo se da a 4ºC (39ºF). Como grupo, estos archaea reciben el nombre de “Extremófilos”.

Hay otra clase de archaea extremófilos, como los acidófilos, que viven en entornos de pH tan bajo como 1 (aproximadamente el pH del ácido de batería). Los alcalófilos viven en entornos con pH tan alto como el del limpiador de hornos. Los halófilos, mientras tanto, viven en entornos muy salinos. Pero también hay eucariotas alcalifílicos, acidofílicos y halofílicos. Además, no todos los archaea son extremófilos. Muchos viven en temperaturas y condiciones normales.

Muchos científicos piensan que los archaea termófilos (los microbios aficionados al calor que viven en los alrededores de los surtidores volcánicos submarinos) pueden representar la vida más antigua de la Tierra. Pero Mitchell Sogin, miembro de NAI, microbiólogoen el Marine Biological Laboratory, dice que en lugar de ser la primera forma de vida sobre la Tierra, podrían ser los únicos supervivientes de una catástofre temprana de la historia del planeta. Esta catástofre podría haber matado todas las otras formas de vida, incluyendo el ancestro universal del que descienden tanto los archaea como las bacterias.

“Algunos han argumentado que la coincidencia de los fenotipos termófilos en los más recónditos linajes de archaea y bacterias sugieren que la vida tuvo su origen a alta temperatura” dice Sogin. “Sin embargo, hay otros argumentos igualmente atractivos que sugieren que la distribución de fenotipos en el árbol de la vida refleja la supervivencia de los organismos favorecidos por las altas temperaturas en las épocas de cambios violentos en el medio ambiente.”

Tales cambios violentos incluyen el bombardeo de cometas y asteroides, que sabemos que tuvieron lugar frecuentemente durante las primeras épocas de la Tierra. Aunque nuestro planeta, que es geológicamente activo, ha borrado muchas de las pruebas de estos cataclismos, la luna conserva las huellas de la gran cantidad de actividad relacionada con cometas y asteroides que se dio en nuestras cercanías. Al ser la luna inactiva geológicamente, su superficie conserva aún los restos de estos tempranos impactos.

Los grandes impactos pueden producir drásticos cambios medioambientales globales que barran la vida de la superficie de la Tierra. Se cree, por ejemplo, que los dinosaurios cayeron víctimas de los efectos medioambientales del impacto de un gran asteroide. Entre otros efectos, los impactos arrojan gran cantidad de polvo y sustancias vaporizadas a la atmósfera. Esto tapa la luz del sol, detiene la fotosíntesis y modifica las temperaturas globales.

Pero los archaea termófilos no dependen del sol para su energía. Obtienen su energía de las sustancias químicas que encuentran en los surtidores en un proceso conocido como quimiosíntesis. A estos organismos no les afectan en mayor medida los cambios medioambientales de la superficie. Quizá los únicos organismos capaces de sobrevivir a los frecuentes y potentes impactos de las primera épocas de la Tierra fueran estos organismos termófilos, que viven en los alrededores de los surtidores volcánicos submarinos.

“Desde luego, el descubrimiento de los archaea señaló la diversidad microbiana, en particular en entornos extremos; eso no se conocía con anterioridad” dice Sogin. “En cuanto a lo que estos datos nos dicen acerca de los orígenes de la vida, soy de la opinión de que todavía no sabemos dónde están las raíces del árbol de los tres reinos.”

Woese trabaja en la actualidad para desenterrar esas raíces. Pero dice que la búsqueda del ancestro universal es un problema mucho más sutil y complejo de lo que piensa la mayoría de la gente.

“El problema no es identificar simplemente una célula o una línea celular que dio lugar a todo” dice Woese. “Puede que el ancestro universal no sea un único linaje.”

En lugar de ello, dice Woese, la transferencia lateral de genes (un proceso en el que los microoganismos comparten genes) puede haber sido un proceso tan dominante que hiciera que la vida no evolucionara desde un linaje individual.”

La transferencia de genes bacterianos parece haber sido una parte vital de la evolución de los archaea y los eucariotas. De hecho, se cree que esa transferencia fue la responsable del desarrollo de las primeras células eucariotas. A medida que el oxígeno se acumulaba en la atmósfera a causa de la fotosíntesis de las algas verde azuladas, la vida en la Tierra necesitaba adaptarse velozmente. Cuando una célula absorbía a una bacteria aeróbica (utilizadora de oxígeno), ya era capaz de sobrevivir en el nuevo mundo de oxígeno. Hoy , la bacteria aeróbica ha evolucionado hasta convertirse en mitocondria, que ayuda a la célula a convertir el alimento en energía.

Los archaea y los eucariotas de la actualidad parecen depender de esa intervención bacteriana para su metabolismo. Esto apunta a la posibilidad de que los genes bacterianos puedan haber reemplazado a otros genes de los dos linajes a lo largo del tiempo, borrando algunas características del último ancestro común. Pero Woese dice que hay ciertas similitudes moleculares entre los tres dominios que aún podrían señalar hacia un ancestro común.

“Aunque hay diferencias en los sistemas de procesamiento de información, hay muchas características universales en la traducción y similitudes en los núcleos en la transcripción que relacionan los tres dominios” dice Woese. “Pero esta es un área muy difícil y complicada de entender. Estas tempranas interacciones se dieron casi con seguridad entre ejemplares de los que ya no existe parecido. Eran entidades primitivas que estaban en proceso de convertirse uno de los tres tipos modernos de células, pero definitivamente no eran células modernas. Sus interacciones eran raras en aquella época de la evolución, antes de que surgieran las células modernas.”

Quizá no se vaya a encontrar al ancestro universal en la Tierra. Como la vida en la Tierra parece haber aparecido muy poco después de que el planeta fuera habitable, muchos científicos creen que la vida podría haber llegado desde el espacio exterior en los cometas o los asteroides que bombardearon la Tierra en sus primeros años.

Además, a causa de que algunas rocas de Marte que han llegado a nuestro planeta parecen contener microbios fosilizados, algunos han especulado con que la vida en la Tierra podría haber venido originariamente en los meteoritos marcianos. Sin embargo, Woese cree que si encontramos pruebas de vida en Marte, podría no tener nada que ver con la vida de la Tierra, o bien ser el resultado de una contaminación de Marte por rocas de la Tierra.

Sogin tampoco cree que los primeros microbios llegaran a la Tierra en un asteroide marciano o en un cometa. Sin embargo, cree que la vida microbiana puede ser un fenómeno común en la galaxia.

“La vida en entornos extremos tal como la representan principalmente los archaea nos obliga a considerar la posibilidad de organismos vivos en otros sistemas solares bajo condiciones que no habríamos creído posibles hace sólo diez o quince años” dice Sogin. “Por ejemplo, podemos imaginar vida bajo los hielos del satélite Europa e incluso la posibilidad de vida bajo la superficie marciana. Desde luego, la vida microbiana es mucho más robusta y puede sobrevivir e incluso prosperar bajo condiciones que es probable encontrar en muchos otros lugares del sistema solar y por supuesto en la galaxia.”

Woese, por otro lado, todavía no ha concluido acerca de la existencia de vida en otros lugares.

“La vida en el universo, ¿es rara o es única? Yo camino por ambos lados de esa calle” dice Woese. “Un día puedo decir que dados los cien mil millones de estrellas de nuestra galaxia y los cien mil millones o más de galaxias, tiene que haber algunos planetas que se formaran y evolucionaran de modos muy, muy parecido a como la Tierra lo ha hecho, y de ese modo contener como mínimo vida microbiana. Hay otros días en los que digo que el principio antrópico, que hace de este universo uno muy especial de entre una cantidad innumerable de universos, no puede aplicarse sólo a ese aspecto de la naturaleza que referimos al reino de la Física, sino que debe extenderse al de la Química y la Biología. En ese caso, la vida en la Tierra podría ser absolutamente una excepción.”

Sogin dice que, sea la vida en la Tierra un fenómeno único o no, pasará mucho tiempo antes de que podamos responder a la cuestión con alguna certidumbre.

“Creo que la vida se da por todas partes en el universo” dice Sogin. “Sin embargo, no estoy seguro de que alguna vez vayamos a obtener pruebas concluyentes de la vida en otros lugares con la tecnología actual, o incluso con la tecnología de mañana.”

¿Y qué más?

El desarrollo del concepto de los Tres Dominios, en opinión de Woese, ha alterado drásticamente el modo en que los científicos contemplaban la vida en la Tierra. Afirma que este concepto ha iluminado los elementos comunes, así como las diferencias, entre los tres grupos.

“La mayoría de los biólogos todavía habla de “procariotas contra eucariotas”, pero ahora comentan sus similitudes”, dice Woese. “Antiguamente trataban principalmente, cuando no exclusivamente, las diferencias. A menudo comparo el ambiente conceptual de antes y de después del descubrimiento de los archaea al cambio de la visión monocular a la binocular.”

Woese dice que, al investigar las similitudes entre los tres dominios, “está estudiando los dos problemas interrelacionados fundamentales de la biología: la naturaleza del ancestro universal y la dinámica evolutiva de la transferencia horizontal de genes.”

Sogin, mientras tanto, está explorando la evolución de la complejidad biológica en los ecosistemas microbianos.

“La vida es muy antigua: apareció en la Tierra hace por lo menos 3,5 mil millones de años, y posiblemente 3,9 ó 4 mil millones de años” dice Sogin. “Era microbiana, y continuó siéndolo durante el primer 70 ó 90 por ciento de la historia de la Tierra. La multicelularidad compleja en forma de tejidos diferenciados es un suceso relativamente reciente. A lo largo del tiempo, los microbios han gobernado y continúan gobernando todos los procesos biológicos de este planeta.”