Utilizando proteínas que capturan la luz en microbios vivos, los científicos han reconstruido cómo era la vida para algunos de los primeros organismos de la Tierra. El descubrimiento podría ayudar a reconocer y caracterizar formas de vida extraterrestres, en planetas cuyas atmósferas pueden parecerse a la Tierra primitiva, antes de la aparición del oxígeno hace 2.400 millones de años.
Un equipo de investigadores de la Universidad de California en Riverside, Estados Unidos, observó la Tierra antigua y algunos de sus primeros habitantes para arrojar algo de luz sobre cómo podría ser la vida simple en otros mundos y cómo podrían ser las atmósferas de esos planetas o lunas. El nuevo estudio ha sido publicado en Molecular Biology and Evolution.
Los especialistas creen que la vida tal como la conocemos es tanto una expresión de las condiciones de nuestro planeta como de la vida misma. En ese sentido, sostienen que unas proteínas llamadas rodopsinas serían cruciales para el desarrollo de la vida en cualquier parte del Universo: permitieron a los primeros organismos vivos capturar la energía solar de una forma más simple que mediante la fotosíntesis.
Los primeros seres vivos, incluidas las bacterias y los organismos unicelulares llamados arqueas, habitaban un planeta principalmente oceánico, sin una capa de ozono que los protegiera de la radiación solar. Estos microbios desarrollaron las rodopsinas, proteínas que cuentan con la capacidad de convertir la luz solar en energía, usándolas para impulsar los procesos celulares.
Adaptarse a un entorno diferente
Según una nota de prensa, en la Tierra primitiva la energía puede haber sido muy escasa. Las bacterias y las arqueas descubrieron cómo usar la abundante energía del Sol sin las complejas biomoléculas requeridas para la fotosíntesis. En la actualidad, las rodopsinas están ampliamente distribuidas entre los organismos y ambientes modernos, como por ejemplo en los estanques salados.
Empleando técnicas de aprendizaje automático, el equipo de investigación analizó secuencias de proteínas de rodopsina en todo el planeta y rastreó cómo evolucionaron a lo largo del tiempo. Posteriormente, desarrollaron un “árbol genealógico” que les permitió reconstruir las rodopsinas de hace entre 2.500 y 4.000 millones de años, como así también las condiciones que probablemente enfrentaron.
Al “resucitar” secuencias antiguas de ADN de una molécula, los científicos se vincularon directamente con la biología y el medio ambiente del pasado terrestre, concretamente con diminutas formas de vida existentes hace miles de millones de años en nuestro planeta. De esta forma, descubrieron que mientras las rodopsinas modernas absorben la luz en una amplia gama de colores, las antiguas rodopsinas se adaptaron para absorber principalmente luz azul y verde.
Como la Tierra antigua aún no gozaba del beneficio que supone disponer de una capa de ozono, los microbios vivían en ese momento a gran profundidad en entornos acuáticos, para protegerse de la intensa radiación ultravioleta B (UVB) que azotaba la superficie terrestre. La luz azul y verde penetran mejor en el agua, por lo tanto es probable que las primeras rodopsinas absorbieran principalmente estos colores.
Después del Gran Evento de Oxidación (GOE por sus siglas en inglés), hace alrededor de 2.400 millones de años, la atmósfera de la Tierra comenzó a experimentar un aumento en la cantidad de oxígeno. Con oxígeno y ozono adicionales en la atmósfera, las rodopsinas evolucionaron para absorber más colores de luz. En consecuencia, en la actualidad son capaces de absorber los colores de la luz que los pigmentos de clorofila en las plantas no logran capturar, absorbiendo áreas complementarias del espectro lumínico y complementando a la fotosíntesis.
Comprender la vida antigua de la Tierra para buscar vida en el cosmos
De acuerdo a un artículo publicado en Universe Today, las rodopsinas son un excelente “banco de pruebas” de laboratorio para identificar biofirmas detectables de forma remota en exoplanetas, por ejemplo utilizando las nuevas posibilidades que ofrece el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, que recientemente ha avanzado al respeto en torno al exoplaneta WASP-96 b.
En el futuro, los investigadores a cargo del nuevo estudio piensan utilizar técnicas de biología sintética para comprender en mayor profundidad a las rodopsinas antiguas, descubriendo cómo ayudaron a dar forma a la atmósfera antigua de la Tierra y cómo podrían dar forma a las atmósferas de los exoplanetas.
En otras palabras, la técnica consiste en “inocular” el ADN antiguo dentro de los genomas modernos, para reprogramarlos buscando que se comporten de la manera que lo hicieron hace millones de años. En consecuencia, la rodopsina funciona como el “combustible” para fugaces “viajes en el tiempo” realizados dentro de un laboratorio.
Según los científicos, todo lo aprendido sobre el comportamiento de los primeros organismos terrestres puede ser usado para buscar signos de vida en otros planetas. La Tierra primitiva fue un entorno extraño en comparación con nuestro mundo actual: comprender cómo los organismos han cambiado con el tiempo y en diferentes entornos en nuestro planeta nos enseñará aspectos cruciales sobre cómo buscar y reconocer vida en otros mundos.
Referencia
Earliest Photic Zone Niches Probed by Ancestral Microbial Rhodopsins. Cathryn D. Sephus, Evrim Fer, Amanda K. Garcia, Zachary R. Adam, Edward W. Schwieterman and Betul Kacar. Molecular Biology and Evolution (2022). DOI:https://doi.org/10.1093/molbev/msac100
