La Prueba Está en las Proteínas: Test Apoya al Ancestro Común Universal para Toda la Vida

La primera forma de vida de la Tierra, flotando en la espuma proverbial de los mares primordiales que eventualmente dieron lugar a árboles, abejas y humanos, no es solo una vanidad popular darwiniana, sino también una premisa biológica esencial en la que muchos investigadores confían como parte de la base de su trabajo.
En el siglo XIX, Charles Darwin fue más allá de otros, que habían propuesto que podría haber un ancestro común para todos los mamíferos o animales, y sugirió que probablemente había un ancestro común para toda la vida en el planeta: plantas, animales y bacterias.
Un nuevo análisis estadístico lleva esta suposición al banco y encuentra que no solo contiene agua, sino que de hecho es abrumadoramente sólido.
¿No era ya obvio, a partir del descubrimiento y descifrado del ADN, que todas las formas de vida descienden de un solo organismo común, o al menos de una especie basal? No, dice Douglas Theobald, profesor asistente de bioquímica de la Universidad de Brandeis y autor del nuevo estudio, detallado en la edición del 13 de mayo de Nature. (Scientific American es parte de Nature Publishing Group. De hecho, dice ,” Cuando entré en ella, realmente no sabía cuál sería la respuesta.”
A pesar de las dificultades de probar formalmente la evolución, especialmente a través de los eones hasta la aparición de la vida misma, Theobald fue capaz de realizar análisis estadísticos rigurosos sobre las secuencias de aminoácidos en 23 proteínas conservadas universalmente a través de las tres divisiones principales de la vida (eucariotas, bacterias y arqueas). Al conectar estas secuencias en varios modelos relacionales y evolutivos, encontró que un ancestro común universal tiene al menos 10^2,860 más probabilidades de haber producido las varianzas de secuencias de proteínas de hoy en día que incluso el siguiente escenario más probable (que involucra múltiples ancestros separados).*
“La evolución funciona bien donde se puede probar”, dice David Penny, profesor de biología teórica en el Instituto de Biociencias Moleculares de la Universidad de Massey en Nueva Zelanda y coautor de un editorial adjunto. Sin embargo, señala que la evolución puede hacer “predicciones comprobables sobre el pasado (especialmente las cuantitativas)” difíciles en el mejor de los casos. “Que Theobald pudiera diseñar una prueba formal”, dice, ” fue excelente was Probablemente dará lugar a un salto en lo que se espera de la evaluación formal de hipótesis, y eso ayudaría a todos.”
Acritud de ancestro común
Los descubrimientos de mediados del siglo XX sobre la universalidad del ADN “realmente lo clavaron para las personas” en términos de establecer en la cultura popular y académica que había un único ancestro común universal para toda la vida conocida en la Tierra, dice Theobald. Y desde entonces, “se ha asumido ampliamente como cierto”, señala.
Pero en las últimas dos décadas, han surgido nuevas dudas en algunos círculos. Los microbiólogos han adquirido una mejor comprensión del comportamiento genético de formas de vida simples, que pueden ser mucho más amorfas que la típica transferencia vertical de genes de una generación a la siguiente. La capacidad de microbios como bacterias y virus para intercambiar genes lateralmente entre individuos, e incluso entre especies, cambia parte de la comprensión estructural básica del mapa de la evolución. Con las transferencias horizontales de genes, las firmas genéticas pueden moverse rápidamente entre ramas, convirtiendo rápidamente un árbol tradicional en una red enredada. Esta dinámica “arroja dudas sobre este modelo del árbol de la vida”, dice Theobald. Y ” una vez que se pone en duda eso, también se pone en duda la ascendencia común.”
Con el descubrimiento de las arqueas como el tercer dominio principal de la vida, además de las bacterias y los eucariotas, muchos microbiólogos se volvieron más dudosos de un solo ancestro común en todos los ámbitos.
Una prueba de evolución
Otros investigadores habían puesto a prueba ciertas secciones de la vida, incluido un análisis estadístico similar de 1982 realizado por Penny para probar la relación de varias especies de vertebrados. Theobald describe el artículo como ” genial, pero el problema es que no están probando la ascendencia universal.”Con los avances en el análisis genético y el poder estadístico, sin embargo, Theobald vio una manera de crear una prueba más completa para toda la vida.
En el curso de su investigación, Theobald había estado chocando contra un problema evolutivo común pero “casi intratable” en biología molecular. Muchas macromoléculas, como las proteínas, tienen estructuras tridimensionales similares, pero secuencias genéticas muy diferentes. La pregunta que le atormentaba era: ¿Fueron estas estructuras similares ejemplos de evolución convergente o evidencia de ascendencia común?
“Toda la evidencia clásica de ascendencia común es cualitativa y se basa en similitudes compartidas”, dice Theobald. Quería averiguar si centrarse en esas similitudes estaba desviando a los científicos.
Suposiciones abandonadas
La mayoría de las personas e incluso los científicos operan bajo la premisa de que las similitudes genéticas implican una relación o ancestro común. Pero al igual que con las similitudes en apariencia física o estructura, estas suposiciones “pueden ser criticadas”, señala Theobald. La selección natural ha proporcionado numerosos ejemplos de evolución física convergente, como los cuentos prensiles de zarigüeyas y monos araña o las largas y pegajosas lenguas de osos hormigueros y armadillos que comen insectos. Y con la transferencia horizontal de genes encima de eso, se podrían hacer argumentos similares para las secuencias genéticas.
“Realmente di un paso atrás y traté de asumir lo menos posible al hacer este análisis”, dice Theobald. Ejecutó varios modelos evolutivos estadísticos, incluidos los que tenían en cuenta la transferencia horizontal de genes y otros que no. Y los modelos que explicaban la transferencia horizontal de genes terminaron proporcionando el apoyo más estadístico para un ancestro común universal.
Orígenes turbios
Theobald dice que sus resultados más sorprendentes fueron ” cuán fuertemente apoyan la ascendencia común.”En lugar de estar decepcionado por simplemente respaldar una suposición de larga data, dice que al menos,” siempre es bueno saber que estamos en el camino correcto.”
Estos hallazgos no significan que un ancestro común universal establezca el patrón del “árbol de la vida” para la dinámica evolutiva temprana. Sin embargo, tampoco se infiere una estructura de “red de vida”. El debate entre el árbol y la web sigue siendo “muy controvertido en este momento en la biología evolutiva”, dice Theobald, reacio a elegir un lado.
Una de las otras grandes incógnitas que quedan es justo cuando vivió este ancestro común universal y cómo podría haber sido, una pregunta que tomará más que los modelos estadísticos de Theobald para responder. Theobaldo también señala que el apoyo a un ancestro común universal no descarta la idea de que la vida surgió de forma independiente más de una vez. Sin embargo, si surgieron otros linajes completamente distintos, se extinguieron o permanecieron por descubrir.
La investigación probablemente se adentrará en estos rincones oscuros de la evolución temprana, señala Penny, ya que ” los científicos nunca están satisfechos.”Espera que los investigadores intenten hacer una clasificación aún más temprana, antes de que el ADN se haga cargo, y evalúen las primeras etapas de la evolución durante los días del ARN.
En un nivel más fundamental, dice Penny, el documento no debe poner fin a la evaluación de los supuestos ancestrales. En cambio, debería ser un recordatorio de que” nunca hemos pensado en todas las hipótesis posibles”, dice. “Así que nunca debemos dejar de considerar un nuevo enfoque que aún no hemos pensado.”
* Erratum (5/13/10): Esta frase fue cambiada después de la publicación. Originalmente declaró que un ancestro común universal es más de 10 veces más probable.