sábado, 5 de enero de 2013

5 LA UNIDAD DE LOS SERES VIVOS

Los estudios evolutivos han conllevado a descubrir una propiedad nueva de los seres vivos, su unidad. La relación entre todos los seres vivos del planeta, es una relación de parentesco; todos los seres vivos del planeta comparten un ancestro común, aun cuando a ese ancestro común  le hubieran aportado elementos otras hipotéticas líneas de seres vivos que están extintas. ¿Qué significa la expresión anterior? Dos cosas, por un lado, los seres vivos comparten elementos de su maquinaria molecular que es muy poco probable que surgieran dos veces en la historia, pero también está el hecho de que los seres vivos, especialmente los más antiguos tienden a realizar una trasferencia de información genética de manera horizontal. Básicamente poseemos evidencias de ambos fenómenos.

Por muchos años, los biólogos han investigado la historia de la vida en la Tierra mediante el estudio del registro fósil “constituido por los restos preservados de los seres vivos o de sus huellas los cuales vivieron en un pasado distante. Los geólogos proveen la información acerca de la  edad de los fósiles y de la naturaleza de los ambientes en los cuales estos seres vivos antiguos desarrollaban sus existencias.

Los biólogos a continuación infieren las relaciones evolutivas entre los organismos fósiles y los organismos vivos mediante la comparación de sus similitudes anatómicas y sus diferencias. Con frecuencia aparecen grandes vacíos en el registro fósil, forzando a los biólogos a predecir la naturaleza de estos “eslabones perdidos” entre dos linajes de seres vivos. A medida que el registro fósil se completa, estos eslabones perdidos hipotéticos se convierten en fósiles transicionales realmente encontrados. Una segunda línea de evidencias independiente de la fósil es la evidencia genética. En esta la hipótesis de similitud genética y relación de parentesco está más que comprobada, ya que es el método por medio del cual hacemos identificación humana como en las pruebas de paternidad. Los métodos moleculares de comparación de genomas completos, están permitiendo a los biólogos establecer relaciones de parentesco de manera mucho más precisa. Por lo general, entre más grande es la diferencia de un genoma de dos especies, es más lejana la existencia en el tiempo del último ancestro común de esas dos especies.

Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013)

5.1 LUCA

Los geólogos estiman que la Tierra se formó entre 4.6 y 4.5 mil millones de años antes del presente. Aparentemente este primer planeta no era muy hospitalario para la vida, o simplemente las rocas de esa época no han llegado hasta nuestro tiempo. Cerca de 3.8 mil millones de vida se pueden encontrar los primeros rastros de vida, agrupaciones de colonias de células que crecen sobre sus ancestros, capa a capa formando estructuras con forma de roca llamadas estromatolitos “existen estromatolitos vivos hoy, y estromatolitos fósiles; y mezcla de ambos, fósil en la base y vivo en la superficie”. Esto implica que el periodo en que apareció la vida tomó cerca de unos 600 millones de años o menos. Considerar el origen de la vida es considerar un problema muy complejo, que debe tomar en cuenta que las condiciones del planeta en sus inicios eran completamente diferentes de las que encontramos actualmente.

Así como toda vida posee una maquinaria celular semejante, toda vida posee una estructura celular semejante. La característica primordial de toda vida moderna es que se encuentra encerrada, separada del ambiente externo por una capa hecha por un compuesto químico llamado fosfolípido. De hecho, la formación de la membrana celular como tal es algo muy sencillo, ya que los fosfolípidos disueltos en agua se agrupan y forman bicapas o burbujas ordenadas de manera espontánea “el incremento en el orden de las moléculas de los fosfolípidos causa un incremento en el desorden del agua; la cantidad de energía liberada al universo favorece esta reacción” lo que implica que no se requiere maquinaria celular o energía para ensamblar una membrana.

El verdadero misterio del encerramiento de la vida es el de las proteínas insertadas en la membrana, y no es algo menor. Virtualmente todas las reacciones químicas de importancia metabólica dependen de proteínas insertadas en una membrana; así mismo, a medida que una célula posee mayor área de membranas es capaz de realizar más reacciones químicas.  Saber cómo se originó la conexión entre el material genético, la generación de proteínas y la inserción de estas en una membrana es uno de los objetivos más importantes en el estudio del origen de la vida. Dado que toda vida moderna posee esta estructura básica, es lógico inferir que el último ancestro común también la poseía.

Geológicamente hablando, el ultimo ancestro común de todos los seres vivos o LUCA “por sus siglas en inglés” debía ser muy semejante a una serie de seres vivos que denominamos procariotas “células sin núcleo” y sin membranas internas. Los procariotas son el tipo celular que componen a los estromatolitos y otros fósiles encontrados entre el 3.8 mil millones de años y el 1.2 mil millones de años.

Los arboles de la vida actuales como este que vemos aquí, plantean unas relaciones mas complejas, debido a que los organismos unicelulares tienen la tendencia a transferir su material hereditario de manera horizontal sin relación de parentesco determinada.

Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013)

5.2 El árbol de la vida

Mucho de la biología está basado en la comparación entre las especies, y estas comparaciones son útiles precisamente debido a que podemos colocar a las especies en un contexto evolutivo relativo uno a otro. Estas relaciones pueden dibujarse un diagrama de relaciones similar a una cadena de Markov, aunque la metáfora más difundida es la del árbol genealógico. De esta manera la taxonomía o ciencia encargada de la clasificación de los seres vivos mediante su comparación básicamente se encarga de dibujar arboles estilizados que permiten relacionar a unos seres vivos con otros.

Aunque crudos este es uno de los ejemplos de los primeros diagramas filogenéticos, dibujado por Darwin en persona en su cuaderno de notas. Ejemplos de diagramas filogenéticos se cuentan entre las pocas ilustraciones de El Origen de las Especies. Darwin no fue el proponente de la hipótesis del ancestro universal común, dado que su árbol no se enraíza en una única base.

Nuestra habilidad crear árboles de la vida “formalmente llamados diagramas filogenéticos” ha sido mejorada de manera significativa durante las últimas décadas mediante las técnicas automatizadas de secuenciación y comparación genética de genomas completos. Sin embargo históricamente no han estado exentos de sesgos cognitivos, un ejemplo es el sesgo de perfeccionamiento que imponía la idea del Platón que de existían seres más perfectos y menos perfectos. La metáfora del árbol tal vez se la debemos más a Erns Haekel que literalmente si dibujo diagramas filogenéticos con forma de árbol, contrario a la estructura más abstracta propuesta por Darwin, y que también contrariaban a la teoría darwinista en el hecho de mostrar “imagen siguiente” la distribución del árbol como si existiera una linealidad que va desde lo menos perfecto en la base a lo más perfecto en la copa.

La aceptación completa de las ideas darwinianas no sería realizada sino hasta mediados del siglo XX cuando la secuenciación genética y otras técnicas moleculares permitieron a los sistemáticos “escuela de la taxonomía más generalmente aceptada actualmente” incrementar el conocimiento evolutivo basados tanto en el registro fósil como en la evidencia molecular, concluyendo finalmente que el árbol de la vida es una metáfora que debe tomarse con pinzas, y en lugar de un pino lineal, debe ser visualizado como un matorral esférico sin dirección definida.

El resultado de esto es la compilación de árboles filogenéticos cada vez más grandes y precisos, lo cuales documentan las relaciones de parentesco entre los seres que lo componen. A pesar de que muchísimos detalles aún no han sido clarificados, en líneas generales, el árbol de la vida ha sido determinado. Sus patrones de ramificación han sido basados en una rica compilación de evidencia fósil, anatómica, fisiológica, bioquímica, comportamental, y molecular. Los datos moleculares han permitido separar el árbol en tres grupos principales “súper reinos o dominios”. Cada dominio ha evolucionado de manera independiente por eones. Las diferencias y similitudes entre cada uno de los miembros de estos tres grupos serán estudiadas en detalle en temas futuros.

Actualmente los diagramas filogenéticos tienden a expresarse de manera enroscada, sobre todo cuando intentan representar una mayor cantidad de grupos, ya que esta estructura permite ahorrar más espacio en la representación. Por otra parte estos tienden a ser más esquemáticos como lo que proponía Darwin, y menos artísticos como los que generó Haekel.

Actualmente existe cierto debate sobre la existencia real del Ultimo Ancestro Común Universal, debido a la tendencia de los procariontes a realizar intercambio de material genético sin relación de parentesco.

Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013)

5.3 Uso predictivo del árbol de la vida

Existen y han existido muchas más especies en el planeta, de las que se han catalogado hasta el momento. Cuando encontramos una nueva especie, su lugar en el árbol de la vida nos dice de manera instantánea una gran cantidad de cosas a cerca de su biología sin tener que diseccionarlo o analizarlo de manera directa. Adicionalmente, el entendimiento de las relaciones entre diferentes grupos le permite a los biólogos predecir la existencia de especies que aún no han sido estudiadas basados en la existencia de aquellas especies que han sido estudiadas.

Por ejemplo, antes del establecimiento de las técnicas filogenéticas, podía tomar años de investigación el aislamiento, identificación y determinación de capacidades de patógenos humanos. Actualmente, los patógenos nuevos pueden ser rápidamente estudiados mediante su posicionamiento en el árbol de la vida, lo cual nos dice mucho sobre su comportamiento y mecanismos de infección.

Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013)

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