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El clado Amebozoa se diversificó mucho antes de lo que se pensaba

Publicado em 14 março 2019

Al reconstruir la historia evolutiva de las amebas, unos científicos brasileños han demostrado que la Tierra del final del período Precámbrico –hace al menos 750 millones de años– era mucho más diversa de lo que sugería la teoría clásica.

Este estudio, que contó con el apoyo de la FAPESP - Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo (Brasil), reveló la existencia de ocho linajes de ancestros de las amebas con testa o tecamebas, el mayor grupo del clado Amoebozoa, cuyos integrantes están cubiertos parcialmente por un caparazón o concha.

El descubrimiento de esta mayor diversidad de especies de amebas tiene impacto también sobre las interpretaciones concernientes a la evolución de la atmósfera terrestre y a los cambios climáticos.

En el estudio, publicado en la revista Current Biology, investigadores del Instituto de Biociencias de la Universidad de São Paulo (IB-USP), en Brasil, en colaboración con pares de la Universidad Estatal de Misisipi, en Estados Unidos, emplearon técnicas innovadoras para reconstruir el árbol de relaciones de parentesco (filogenético) de las amebas con testa (Arcellinida).

Al montar este nuevo árbol filogenético con base en algoritmos matemáticos –y en el estudio de la expresión génica (el transcriptoma) de células de 19 Arcellinida existentes actualmente en la naturaleza–, los científicos también lograron establecer la morfología y la composición de los hipotéticos antepasados de este grupo de amebas. Este trabajo permitió también efectuar una comparación de esos ancestros con registros fósiles.

Como resultado de ello, se reveló que desde hace al menos 750 millones de años los ancestros de las tecamebas se encontraban en proceso evolutivo. Esta constatación muestra que el final del Precámbrico fue más diverso de lo que se imaginaba.

“Juntamos dos grandes áreas de la ciencia: la paleontología y la rama de la biología que estudia y reconstruye las relaciones de parentesco entre los organismos –la sistemática filogenética–, para arribar a una misma conclusión. De esta forma, fue posible desatar un nudo existente en las teorías de la evolución de la vida en el planeta”, dijo Daniel Lahr, docente del IB-USP y autor principal del artículo.

Con este trabajo fue también posible desmontar completamente la clasificación anterior del grupo de las tecamebas. “Logramos desarrollar una estructura robusta y descubrimos ocho linajes profundos (de 750 millones de años) de Arcellinida, ya que desconocíamos su existencia”, dijo Lahr.

La antigua clasificación de las tecamebas estaba basada en la composición de su caparazón. “Se las dividía en aglutinadas u orgánicas. Pero al efectuar la reconstrucción molecular, descubrimos que su clasificación queda determinada efectivamente según la forma de la concha y según su composición”, declaró Lahr.

De acuerdo con el investigador, la antigua clasificación ya había sido cuestionada hace algunos años, pero faltaban pruebas suficientes como para derribarla. En estudios genéticos anteriores se había demostrado que la clasificación actual no tenía asidero, pero no había datos suficientes como para sugerir una nueva clasificación. “Existía una sospecha en el seno de la comunidad científica de que las Arcellinida ya habían surgido y estaban diversificadas –por ende, ya habían pasado por un proceso evolutivo–, hace 750 millones de años. Pero ahora hemos logrado demostrar esta hipótesis”, dijo.

De acuerdo con el investigador, este estudio aporta un punto de vista distinto acerca de la evolución de los microorganismos en el planeta. Se pensaba que al final del Precámbrico habría habido una escasa diversidad de seres vivos: unas pocas especies de bacterias y algunos protistas.

“Fue también durante ese período, hace 800 millones de años, cuando se produjo la oxigenación de los océanos, y durante mucho tiempo se tuvo como cierto que esa oxigenación derivó en una diversificación de los eucariontes, seres unicelulares o pluricelulares con el núcleo celular aislado por una membrana. Esto habría culminado en la diversificación de los macroorganismos millones de años después, durante el período Cámbrico”, dice Lahr.

De acuerdo con el investigador, el estudio publicado en Current Biology apunta hacia un detalle de esta cuestión. “Demostramos que durante el Precámbrico ya existía aparentemente una diversificación, y es probable que la misma haya ocurrido en concomitancia con la oxigenación de los océanos. Los geoquímicos han descubierto incluso que este proceso fue lento y se habría extendido durante unos 100 millones de años”, dijo.

Con todo, aún no se sabe cuál fue la presión que disparó la oxigenación. “Independientemente de su causa, la oxigenación terminó por expandir los nichos. Los eucariontes se diversificaron y, por ende, se desató una mayor competencia por los nichos. Una de las maneras de dirimir tal competencia consistió en que algunos linajes se volvieron mayores, es decir, se convirtieron en pluricelulares”, dijo.

Otro aporte de este estudio consistió en contribuir a la comprensión del actual cambio climático. “Empezamos a entender más profundamente de qué manera afectó al planeta esa vida microbiana en diversos aspectos. Durante ese período también se produjeron cambios climáticos fundamentales, como en el caso de uno de los mayores eventos de glaciación del planeta: la glaciación del Sturtiano, acaecida hace alrededor de 717 millones de años”, dijo.

De acuerdo con Lahr, estas modificaciones pueden haber tenido orígenes biológicos. “Al dotar de mayor asidero a las teorías acerca de cómo evolucionó la vida en épocas tan remotas, es posible entender un poco mejor los efectos de la vida sobre el clima del planeta o incluso comprender también otras alteraciones geológicas, y esto nos ayudará a entender el momento de cambio climático que atravesamos actualmente”, dijo.

Además del descubrimiento de esa mayor diversidad existente durante el Precámbrico, otra novedad de este estudio consistió en la reconstrucción de la morfología de los ancestros de las amebas con testa, al determinarse que los microfósiles vasiformes (vase-shaped microfossils), presentes en diversas regiones del planeta, ya estaban vivos en el Precámbrico, incluso durante las grandes eras glaciales.

Ameba con testa (Arcellinida). (Foto: Daniel Lahr/ IB-USP)

Los microfósiles vasiformes son presuntamente fósiles de amebas, unicelulares, eucariontes y con esqueleto externo, con una gran diversidad documentada del período Neoproterozoico, hace entre 1.000 millones y 541 millones de años, por ende, al final del Precámbrico.

“Esto aporta un punto de vista muy distinto acerca de la evolución de los microorganismos en el planeta. Pese a que no contamos con información genética de los fósiles, es posible obtener información morfológica y de su composición, si es orgánica o de sílice. Y así se hace posible a su vez establecer comparaciones sobre su formato y su composición química, que en estos casos se encuentran especialmente preservados, con las tecamebas actuales reconstituidas mediante inteligencia de datos”, dijo Luana Morais, posdoctoranda que cuenta con beca de la FAPESP y que es una de las autoras del artículo publicado.

Además de la ausencia de registros fósiles con ADN, a los científicos se les planteaba también otro problema fundamental a la hora de reconstruir el árbol filogenético: el hecho de que las amebas con testa no se pueden cultivar en laboratorio. Esta característica inviabiliza la secuenciación genética mediante el empleo de técnicas convencionales.

Ante este problema, la solución consistió en adaptar una técnica de estudio de expresión génica (transcriptoma) de una única célula y utilizarla en el estudio filogenético. “Secuenciamos transcriptomas enteros de muestras vivas de 19 amebas Arcellinida. Esto redundó en algunos miles de genes y alrededor de 100 mil sitios de aminoácidos o, en otras palabras: son 100 mil puntos de datos que nos aportan ese árbol, algo con lo cual no contábamos hasta ahora”, dijo.

Con la metodología basada en el transcriptoma, el equipo logró capturar todos los ARNs mensajeros de una sola célula y transformarlos en una biblioteca de ADN complementaria pasible de secuenciación.

“Nuestro trabajo se basa fundamentalmente en la técnica de single cell transcriptomics, en la cual nuestro laboratorio es uno de los pioneros en el mundo. Esta técnica es bastante revolucionaria en el área, pues permite encontrar una única ameba [unicelular], aislar esa ameba, limpiarla y realizar todo el procedimiento de laboratorio para secuenciar todo el transcriptoma”, dijo Lahr.

En este estudio, los investigadores seleccionaron en total 250 genes para construir el árbol filogenético. “Para estudiar la expresión génica, de nada sirve observar una sola célula, pues no tendrá la resolución suficiente. Pero para el estudio evolutivo eso no importa. Es necesario obtener la secuencia y no cuántas veces se expresó un gen. Por eso es posible usar esta técnica, que originariamente se desarrolló para células tumorales, y adaptarla. Con el beneficio de que una célula de ameba es mucho mayor que la de un tumor”, dijo.

Antes del desarrollo de esta técnica, sólo era posible secuenciar organismos que se pueden poner en cultivo. “Esta técnica amplía la capacidad de estudio en el área, pues permite obtener información genética de organismos que sólo se han hallado una vez. Se estima que tan sólo el 1% o menos de la biodiversidad es cultivable”, dijo el investigador. (Fuente: Agencia FAPESP / DICYT)