II. Los grandes linajes celulares
En 1904 George H. F. Nutall, un destacado fisiólogo británico de origen estadounidense publicó un libro en donde resumía años de trabajo durante los cuales había comparado las reacciones inmunológicas entre los sueros sanguíneos de distintas especies animales, con el propósito de construir árboles evolutivos basados no en información paleontológica o anatómica sino molecular. Sin embargo, no fue sino hasta 1965 cuando Emile Zuckerkandl y Linus Pauling publicaron un trabajo en donde describían con todo cuidado como la comparación de secuencias de aminoácidos o de nucleótidos permitía no sólo la construcción de filogenias moleculares, sino también datar los procesos de especiación incluso en ausencia de información paleontológica. Durante cerca de diez años este enfoque permitió no solamente comparar proteínas como las hemoglobinas, el citocromo C, las ferrodoxinas y otras más, sino también construir árboles evolutivos que podían incluir organismos tan distintos entre sí como las bacterias, los hongos y los mamíferos marinos, lo cual hubiera sido imposible con los criterios morfológicos tradicionales.
En 1977 Carl R. Woese y algunos de sus colaboradores de la Universidad de Illinois, en los EEUU, publicaron un trabajo que resumía el resultado de las comparaciones de fragmentos del ARN de la subunidad pequeña de los ribosomas de diez especies de metanógenas, pequeños procariontes estrictamente anaerobios y sin citocromos que, como su nombre lo indica, liberan metano como resultado de un proceso quimiosintético que les permite formar compuestos orgánicos a partir de dióxido de carbono. Al fragmentar el ARN ribosomal de las metanógenas con enzimas que partían la molecula y comparar los trozos resultantes con los de Bacillus, enterobacterias, y cianobacterias (que son tres tipos de bacterias bastante distantes entre sí) el grupo de Woese descubrió, para su sorpresa, que la distancia evolutiva entre estos tres grupos de bacterias era mínima respecto a la que las separaba del conjunto de las metanógenas. Es decir, la comparación de los fragmentos del ARN ribosomal permitía deducir la existencia de una divergencia biológica extraordinariamente antigua que dividía a los procariontes en dos grupos alejados entre sí. Pocos meses mas tarde Woese y George E. Fox, otro de sus colaboradores, publicaron un trabajo adicional que no sólo confirmaba los resultados anteriores, sino que mostraba también como la comparación de los ARN ribosomales de distintos eucariontes (conocidos como ARNr 18s, por sus dimensiones) con los del ARNr 16S de las metanógenas, por una parte, y bacterias como Escherichia coli y Bacillus firmus por otra (Figura 4). Es decir, la comparación de los fragmentos del ARNr 16/18S mostraba que los organismos estudiados, lejos de dividirse en plantas y animales o en procariontes y eucariontes, en realidad se agrupaban en tres grandes linajes o reinos primarios que divergían de un ancestro común (Woese y Fox, 1977). ¿Qué ocurrió durante la historia temprana de la vida, que llevó a la separación de los seres vivos en éstos tres grandes líneas evolutivas? ¿Cómo conciliar éstos árboles evolutivos con los esquemas taxonómicos tradicionales? ¿Cuál era la naturaleza de los ancestros de estos tres grandes grupos de organismos? ¿Cúando y dónde vivieron éstos ancestros?
III. La búsqueda del progenote
Aunque al principio la mayoría de los microbiólogos pareció no prestar atención a los resultados obtenidos por el grupo de Woese, éste comenzó a estudiar otros procariontes extremófilos, como las halófilas, que viven en medios aerobios de una enorme salinidad, y otros como Sulfolobus y Thermoplasma, que viven a temperaturas elevadas y condiciones muy ácidas. El análisis del ARN ribosomal, que para entonces ya se podía llevar a cabo comparando con precisión y rapidez todos y cada uno de los monómeros que forman éstas moléculas, mostró que ambos grupos pertenecían al mismo linaje que las metanógenas (que fue bautizado como el grupo de las arqueobacterias, para distinguirlas de las procariontes con los que estamos familiarizados, o eubacterias) lo que vino a reforzar la hipótesis de que los seres vivos estaban divididos en tres grandes reinos primarios que habían divergido en épocas muy tempranas.
Como argumentaron Woese y Fox desde 1977, es evidente que aunque los tres linajes celulares están separados por una enorme distancia evolutiva, todos ellos provienen de un ancestro común --pero la existencia de diferencias nada desdeñables, por ejemplo, en las modificaciones que sufren las bases de los ARNr y ARNt en cada uno de estos tres linajes les llevó a sugerir que el ancestro común era una entidad mucho mas simple que cualquier procarionte actual, en donde operaba una versión aún rudimentaria de la expresión de la información genética. Es decir, Woese y Fox supusieron que en el punto la trifurcación de los tres linajes celulares había existido una entidad biológica hipotética a la que llamaron progenote y en la cual, a diferencia de lo que ocurre con los organismos contemporáneos, la separación evolutiva entre genotipo y fenotipo aún no se había completado del todo.
No era fácil aceptar ésta idea. Es evidente que los organismos contemporáneos debieron haber sido precedidos por sistemas mucho más simples, pero la probabilidad de que el último ancestro común de las eubacteria, las arqueobacterias y el nucleocitoplasma de los eucariontes fuera un progenote resultaba difícil de conciliar con la complejidad de los procesos moleculares básicos de cada uno de los linajes. Por otro lado, aunque se pueden proponer esquemas evolutivos que conduzcan a la separación simultánea de tres o mas linajes, los eventos de especiación suelen ser dicotómicos, es decir, de un grupo ancestral se derivan dos. Por último, el grupo de Wolfram Zillig, un biólogo molecular alemán, demostró mediante reacciones inmunológicas cruzadas no sólo que las ARN polimerasas de los eucariontes eran mas parecidas en número y estructura a las de las arqueobacterias, que cualquiera de ellas a la de las eubacterias. Ello sugería la existencia de una afinidad evolutiva entre arqueobacterias y el nucleocitoplasma, es decir, que ambos provinieran de una misma rama. Sin embargo, el árbol de los ARNr 16/18S obtenido por Woese y Fox carece de raíz, es decir, no posee una polaridad que nos indique el orden temporal en que divergieron los tres linajes. En otras palabras, la representación gráfica de las relaciones entre las secuencias de los ARNr no permite deducir cuál de los tres fenotipos es el más antiguo.
La biología evolutiva es hija de la biología comparada. Es decir, la comparación de las diferencias y similitudes que existen entre los tres linajes permite, en principio, conocer no sólo la relación evolutiva que guardan entre ellos, sino también las características de su ancestro, al que Walter Fitsch designó como cenancestro, un neologismo acuñado haciendo uso de un prefijo griego derivado de la palabra koiné, que quiere decir común. Aunque hace una década las bases de datos no poseían la riqueza de las de nuestros días poseían la información suficiente para intentar asomarse a los rasgos del último ancestro común a las arqueobacterias, eubacterias y eucariontes. A pesar de las limitaciones de ésta metodología (y que incluyen, en forma destacada, el problema del transporte horizontal de genes), los resultados fueron notables: todo indicaba que el cenancestro poseía, entre otros, (a) un sistema de transcripción y traducción de tipo moderno, que incluía ribosomas con proteínas, factores de transcripción y una ARN polimerasa ADN-dependiente oligomérica; (b) metabolismo energético dependiente de ATPasas asociadas a membranas; (c) biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos, y coenzimas; y (d) presencia de un genoma de ADN (Lazcano et al., 1992). Todo indica que el último ancestro común a los tres linajes celulares (y, por lo tanto, a los todos los seres vivos) tenía la complejidad equivalente a la de cualquier procarionte contemporáneo, y no era un progenote.
En 1904 George H. F. Nutall, un destacado fisiólogo británico de origen estadounidense publicó un libro en donde resumía años de trabajo durante los cuales había comparado las reacciones inmunológicas entre los sueros sanguíneos de distintas especies animales, con el propósito de construir árboles evolutivos basados no en información paleontológica o anatómica sino molecular. Sin embargo, no fue sino hasta 1965 cuando Emile Zuckerkandl y Linus Pauling publicaron un trabajo en donde describían con todo cuidado como la comparación de secuencias de aminoácidos o de nucleótidos permitía no sólo la construcción de filogenias moleculares, sino también datar los procesos de especiación incluso en ausencia de información paleontológica. Durante cerca de diez años este enfoque permitió no solamente comparar proteínas como las hemoglobinas, el citocromo C, las ferrodoxinas y otras más, sino también construir árboles evolutivos que podían incluir organismos tan distintos entre sí como las bacterias, los hongos y los mamíferos marinos, lo cual hubiera sido imposible con los criterios morfológicos tradicionales.
En 1977 Carl R. Woese y algunos de sus colaboradores de la Universidad de Illinois, en los EEUU, publicaron un trabajo que resumía el resultado de las comparaciones de fragmentos del ARN de la subunidad pequeña de los ribosomas de diez especies de metanógenas, pequeños procariontes estrictamente anaerobios y sin citocromos que, como su nombre lo indica, liberan metano como resultado de un proceso quimiosintético que les permite formar compuestos orgánicos a partir de dióxido de carbono. Al fragmentar el ARN ribosomal de las metanógenas con enzimas que partían la molecula y comparar los trozos resultantes con los de Bacillus, enterobacterias, y cianobacterias (que son tres tipos de bacterias bastante distantes entre sí) el grupo de Woese descubrió, para su sorpresa, que la distancia evolutiva entre estos tres grupos de bacterias era mínima respecto a la que las separaba del conjunto de las metanógenas. Es decir, la comparación de los fragmentos del ARN ribosomal permitía deducir la existencia de una divergencia biológica extraordinariamente antigua que dividía a los procariontes en dos grupos alejados entre sí. Pocos meses mas tarde Woese y George E. Fox, otro de sus colaboradores, publicaron un trabajo adicional que no sólo confirmaba los resultados anteriores, sino que mostraba también como la comparación de los ARN ribosomales de distintos eucariontes (conocidos como ARNr 18s, por sus dimensiones) con los del ARNr 16S de las metanógenas, por una parte, y bacterias como Escherichia coli y Bacillus firmus por otra (Figura 4). Es decir, la comparación de los fragmentos del ARNr 16/18S mostraba que los organismos estudiados, lejos de dividirse en plantas y animales o en procariontes y eucariontes, en realidad se agrupaban en tres grandes linajes o reinos primarios que divergían de un ancestro común (Woese y Fox, 1977). ¿Qué ocurrió durante la historia temprana de la vida, que llevó a la separación de los seres vivos en éstos tres grandes líneas evolutivas? ¿Cómo conciliar éstos árboles evolutivos con los esquemas taxonómicos tradicionales? ¿Cuál era la naturaleza de los ancestros de estos tres grandes grupos de organismos? ¿Cúando y dónde vivieron éstos ancestros?
III. La búsqueda del progenote
Aunque al principio la mayoría de los microbiólogos pareció no prestar atención a los resultados obtenidos por el grupo de Woese, éste comenzó a estudiar otros procariontes extremófilos, como las halófilas, que viven en medios aerobios de una enorme salinidad, y otros como Sulfolobus y Thermoplasma, que viven a temperaturas elevadas y condiciones muy ácidas. El análisis del ARN ribosomal, que para entonces ya se podía llevar a cabo comparando con precisión y rapidez todos y cada uno de los monómeros que forman éstas moléculas, mostró que ambos grupos pertenecían al mismo linaje que las metanógenas (que fue bautizado como el grupo de las arqueobacterias, para distinguirlas de las procariontes con los que estamos familiarizados, o eubacterias) lo que vino a reforzar la hipótesis de que los seres vivos estaban divididos en tres grandes reinos primarios que habían divergido en épocas muy tempranas.
Como argumentaron Woese y Fox desde 1977, es evidente que aunque los tres linajes celulares están separados por una enorme distancia evolutiva, todos ellos provienen de un ancestro común --pero la existencia de diferencias nada desdeñables, por ejemplo, en las modificaciones que sufren las bases de los ARNr y ARNt en cada uno de estos tres linajes les llevó a sugerir que el ancestro común era una entidad mucho mas simple que cualquier procarionte actual, en donde operaba una versión aún rudimentaria de la expresión de la información genética. Es decir, Woese y Fox supusieron que en el punto la trifurcación de los tres linajes celulares había existido una entidad biológica hipotética a la que llamaron progenote y en la cual, a diferencia de lo que ocurre con los organismos contemporáneos, la separación evolutiva entre genotipo y fenotipo aún no se había completado del todo.
No era fácil aceptar ésta idea. Es evidente que los organismos contemporáneos debieron haber sido precedidos por sistemas mucho más simples, pero la probabilidad de que el último ancestro común de las eubacteria, las arqueobacterias y el nucleocitoplasma de los eucariontes fuera un progenote resultaba difícil de conciliar con la complejidad de los procesos moleculares básicos de cada uno de los linajes. Por otro lado, aunque se pueden proponer esquemas evolutivos que conduzcan a la separación simultánea de tres o mas linajes, los eventos de especiación suelen ser dicotómicos, es decir, de un grupo ancestral se derivan dos. Por último, el grupo de Wolfram Zillig, un biólogo molecular alemán, demostró mediante reacciones inmunológicas cruzadas no sólo que las ARN polimerasas de los eucariontes eran mas parecidas en número y estructura a las de las arqueobacterias, que cualquiera de ellas a la de las eubacterias. Ello sugería la existencia de una afinidad evolutiva entre arqueobacterias y el nucleocitoplasma, es decir, que ambos provinieran de una misma rama. Sin embargo, el árbol de los ARNr 16/18S obtenido por Woese y Fox carece de raíz, es decir, no posee una polaridad que nos indique el orden temporal en que divergieron los tres linajes. En otras palabras, la representación gráfica de las relaciones entre las secuencias de los ARNr no permite deducir cuál de los tres fenotipos es el más antiguo.
La biología evolutiva es hija de la biología comparada. Es decir, la comparación de las diferencias y similitudes que existen entre los tres linajes permite, en principio, conocer no sólo la relación evolutiva que guardan entre ellos, sino también las características de su ancestro, al que Walter Fitsch designó como cenancestro, un neologismo acuñado haciendo uso de un prefijo griego derivado de la palabra koiné, que quiere decir común. Aunque hace una década las bases de datos no poseían la riqueza de las de nuestros días poseían la información suficiente para intentar asomarse a los rasgos del último ancestro común a las arqueobacterias, eubacterias y eucariontes. A pesar de las limitaciones de ésta metodología (y que incluyen, en forma destacada, el problema del transporte horizontal de genes), los resultados fueron notables: todo indicaba que el cenancestro poseía, entre otros, (a) un sistema de transcripción y traducción de tipo moderno, que incluía ribosomas con proteínas, factores de transcripción y una ARN polimerasa ADN-dependiente oligomérica; (b) metabolismo energético dependiente de ATPasas asociadas a membranas; (c) biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos, y coenzimas; y (d) presencia de un genoma de ADN (Lazcano et al., 1992). Todo indica que el último ancestro común a los tres linajes celulares (y, por lo tanto, a los todos los seres vivos) tenía la complejidad equivalente a la de cualquier procarionte contemporáneo, y no era un progenote.
