Archaea y el sentido de la vida
Los humanos somos excesivamente aficionados a dividir las cosas en dos: nuestro enfoque de la clasificación taxonómica no es una excepción. El primer sistema publicado por Linneo dividía a los organismos vivos en animales y plantas, y en la década de 1960 fue sustituido por una división más fundamental entre procariotas y eucariotas. Así que no debería sorprender que la idea de un tercer dominio de la vida – Archaea – se encontrara con una feroz resistencia cuando se propuso en la década de 1970.
Una breve historia de las Archaea: de 1977 a la actualidad
Las Archaea están muy extendidas en la Tierra y, sin embargo, se sabe relativamente poco sobre ellas, fuera de los selectos grupos de personas que estudian estos fascinantes organismos. Son un misterio que se está desvelando poco a poco desde su «descubrimiento» en 1977 por Carl Woese y su grupo, entre los que se encontraba George Fox, mientras trabajaban en la Universidad de Illinois.
Los metanógenos (arqueas que producen metano) y otros grupos de microorganismos, entre los que se encuentran las halobacterias (ahora llamadas arqueas halófilas), así como los termófilos, ya habían sido descubiertos, pero habían sido clasificados erróneamente bajo el dominio de las bacterias. Woese descubrió que estos organismos no sólo compartían su afición por los ambientes extremos, sino que también estaban relacionados filogenéticamente entre sí. Sin embargo, se sorprendió al descubrir que son fundamentalmente distintos a las bacterias.
Woese utilizó el ARNr de subunidad pequeña (ARN ribosómico) para construir un nuevo árbol filogénico. La subunidad pequeña del ARNr es un componente esencial de todos los organismos autorreplicantes y muestra una notable conservación de la secuencia. Esto lo convertía en la elección perfecta para un cronómetro molecular. En aquel momento, este enfoque molecular de la filogenia era novedoso, ya que los métodos anteriores se basaban en características visibles como la forma de la célula o las condiciones de crecimiento. Woese descubrió que los procariotas no constituyen un dominio coherente, sino que están formados por dos grupos distintos: Bacterias y Arqueas. En su momento se denominaron «Eubacterias» y «Arquebacterias», respectivamente, pero se descubrió que estos dos grupos de procariotas no eran más parecidos entre sí que a los eucariotas. Woese propuso que el árbol de la vida tiene tres ramas iguales (Archaea, Bacteria y Eukarya) y que el término «procariota» debería abandonarse porque no tiene ningún significado taxonómico. No es de extrañar que sus ideas no fueran universalmente populares.
De izquierda a derecha: PISCINA DE BARRO, WAIOTAPU; PISCINA DE CAMPAÑA, WAIOTAPU; FUENTE CALIENTE EN EL PARQUE NACIONAL DE YELLOWSTONE; DEPÓSITOS DE AZUFRE, WAIOTAPU; LADY KNOX GEYSER, WAIOTAPU.
Como con cualquier nuevo descubrimiento hay escépticos, pero los datos bioquímicos de Wolfram Zillig apoyaron los datos del ARNr 16S recogidos por Woese. Con el tiempo, el nuevo dominio de Archaea fue aceptado por la comunidad científica. El interés por las arqueas aumentó aún más tras el despegue de la secuenciación del genoma completo en la década de 1990, y los investigadores pasaron cada vez más de las bacterias o los eucariotas a trabajar con estos exóticos microorganismos. Pero, en contra de la creencia popular, no todas las arqueas son extremófilas. También se han encontrado en entornos «normales», como el suelo y el océano, y en entornos donde cohabitan con bacterias. Por ejemplo, en el intestino humano las arqueas son responsables de la producción de metano. Sin embargo, a diferencia de las bacterias, nunca se ha encontrado ninguna archaea patógena.
Han pasado casi 40 años desde su reclasificación en un nuevo dominio, pero todavía se están descubriendo muchas más especies de archaea. La secuenciación del ADN ha mejorado de forma espectacular, lo que significa que las arqueas ya no tienen que ser cultivadas para ser caracterizadas. Esto ha permitido descubrir linajes completamente nuevos. Basándose en los datos filogenéticos (ARNr 16S y otros genes), el dominio Archaea se dividió originalmente en dos grupos: Euryarchaeota y Crenarchaeota. Sin embargo, desde 2006 se han descubierto tres linajes más: Thaumarchaeota, Aigarchaeota y Korarchaeota. Estos tres nuevos grupos suelen combinarse con los Crenarchaeota para formar el superfilo «TACK» (más adelante se hablará de ello). Más recientemente, se ha informado de la existencia de nuevos linajes de «nanoarqueas», que se caracterizan por un tamaño celular pequeño con muy pocos genes. El constante desenterramiento de nuevas especies y grupos hace de las Archaea un dominio muy fluido, con el árbol filogenético cambiando a medida que se hace cada nuevo descubrimiento.
TIMELINA DE ARCHAEA DESDE SU DESCUBRIMIENTO HASTA LA ACTUALIDAD.
¿Los orígenes de la vida?
Las arqueas pueden parecerse a las bacterias a primera vista y ciertamente hay muchas similitudes superficiales, pero si se profundiza, las arqueas tienen más en común con los eucariotas. De hecho, ahora se acepta ampliamente que las arqueas son los ancestros de todos los eucariotas.
Las arqueas, al igual que las bacterias, son organismos unicelulares con un genoma de ADN circular de doble cadena, y no tienen ni membrana nuclear ni orgánulos. Esto significa que son similares a las bacterias en términos de estructura celular, aunque hay diferencias. Las arqueas no tienen una pared celular de tipo bacteriano y su membrana plasmática es diferente a la de las bacterias y los eucariotas. Pero en el interior de la célula, las arqueas muestran un sorprendente parecido familiar con las eucariotas. Esto ocurre especialmente con la maquinaria enzimática que procesa la información genética: el empaquetamiento y la replicación del ADN, la transcripción en ARN y la traducción en proteínas. Todos estos procesos son esencialmente los mismos en las arqueas y en los eucariotas, y son bastante distintos de los de las bacterias.
Esto hace que se plantee la siguiente pregunta: si las arqueas están más emparentadas con los eucariotas que las bacterias, entonces ¿cómo encajan en el árbol de la vida?
El árbol filogenético propuesto por Woese estaba dividido en tres dominios iguales, en los que las arqueas y los eucariotas compartían un ancestro común que ya había divergido de las bacterias. Sin embargo, los biólogos que trabajan en los orígenes de la vida han concluido recientemente que Eukarya y Archaea no son grupos hermanos. Por el contrario, los eucariotas son los descendientes directos de las arqueas, y nuestro ancestro perdido pertenece al superfilo «TACK» de las arqueas. Uno de los descubrimientos más interesantes del año pasado fue la identificación de un «eslabón perdido» entre Eukarya y Archaea. Llamados Lokiarchaeota, fueron encontrados cerca de un respiradero hidrotermal en un lugar conocido como el Castillo de Loki en el Océano Ártico.
¿Podemos utilizar nuestro conocimiento de las arqueas para rastrear los orígenes de la vida compleja? Los microfósiles eucariotas pueden datarse en 1.800 millones de años, pero se ha encontrado metano biológico en rocas de 3.400 millones de años. La única fuente de metano biológico es la Euryarchaeota metanogénica, por lo que sabemos que las arqueas han existido desde los inicios de la vida en la Tierra. En cuanto a la vida en otros planetas, es tentador especular que las arqueas también podrían haber colonizado Marte: cada vez hay más pruebas de que el metano de la atmósfera marciana tiene un origen biológico.
El Dr. THORSTEN ALLERS DE LA UNIVERSIDAD DE NOTTINGHAM EXPLORA CÓMO SE DESCUBRIERON POR PRIMERA VEZ ESTOS FASCINANTES MICROORGANISMOS – Y CÓMO NOS HAN HECHO RECONSIDERAR NUESTRO PROPIO LUGAR EN EL ÁRBOL DE LA VIDA.
La revolución de Woese
¿Qué significan los recientes descubrimientos para nosotros los humanos? Dado nuestro deseo de dicotomía, deberíamos sentirnos aliviados de que el árbol de la vida se haya reducido a sólo dos ramas primarias: Bacterias y Arqueas. Y más que nada, deberíamos dar crédito a Carl Woese, cuya revolución taxonómica nos ha permitido rastrear a nuestros ancestros hasta sus humildes comienzos como células arqueas.
ÁRBOLES FILOGENÉTICOS UNIVERSALES EN FORMA DE RAÍZ, MOSTRANDO LOS TRES DOMINIOS.
HANNAH MARRIOTT & THORSTEN ALLERS
Escuela de Ciencias de la Vida, Universidad de Nottingham, Queen’s Medical Centre, Nottingham NG7 2UH, Reino Unido
Otras lecturas
Eme, L. & Doolittle, W. F. (2015). Archaea. Curr Biol 25, R845-R875.
Spang, A. & otros (2015). Archaea complejas que tienden un puente entre procariotas y eucariotas. Nature 521, 173-179.
Williams, T. A. & otros (2013). Un origen arqueal de los eucariotas apoya sólo dos dominios primarios de la vida. Nature 504, 231-236.
Woese C. R., Kandler O. & Wheelis M. L. (1990). Hacia un sistema natural de organismos: propuesta para los dominios Archaea, Bacteria, y Eucarya. Proc Natl Acad Sci USA 87, 4576-4579.