Investigadores de The University of Texas at Austin han descubierto que algunas arqueas Asgard, parientes cercanos de los ancestros de la vida compleja, pueden tolerar y usar oxígeno. Este hallazgo resuelve un enigma de larga data sobre cómo microbios dependientes del oxígeno y microbios que lo evitan formaron la asociación que dio lugar a los eucariotas. La evidencia, publicada en Nature, sugiere que la vida compleja surgió en entornos oxigenados tras el Gran Evento de Oxidación.
Durante décadas, los científicos han teorizado que la vida compleja, incluidas las plantas, animales y hongos, surgió de la fusión entre dos microbios distintos: un arquéon y una bacteria. El principal desafío consistía en reconciliar las necesidades de oxígeno de estos socios, ya que se pensaba que uno lo requería y el otro lo evitaba. Ahora, un estudio dirigido por Brett Baker, profesor asociado de ciencia marina e integrativa en The University of Texas at Austin, aporta evidencia de que el socio arqueal podía manejar el oxígeno. Los investigadores se centraron en las arqueas Asgard, microbios considerados primos evolutivos de los ancestros de los eucariotas. Aunque muchas Asgard habitan entornos pobres en oxígeno, como respiraderos del fondo marino, el equipo halló que las más cercanamente relacionadas con los eucariotas prosperan en zonas oxigenadas, como sedimentos costeros poco profundos y la columna de agua. «La mayoría de las Asgard existentes hoy se han encontrado en entornos sin oxígeno», explicó Baker. «Pero resulta que las más cercanamente relacionadas con los eucariotas viven en lugares con oxígeno... y cuentan con numerosas vías metabólicas que utilizan oxígeno. Eso sugiere que nuestro ancestro eucariota también tenía probablemente estos procesos». Este descubrimiento encaja con la historia geológica de la Tierra. Hace más de 1.700 millones de años, los niveles de oxígeno eran bajos hasta que el Gran Evento de Oxidación provocó un brusco aumento. Poco después, unos cientos de miles de años más tarde, aparecen los primeros microfósiles eucariotas en el registro. «Apareció el oxígeno en el entorno y las Asgard se adaptaron», dijo Baker. «Encontraron una ventaja energética en el uso del oxígeno y luego evolucionaron hacia los eucariotas». El modelo predominante sostiene que los eucariotas se formaron cuando un arquéon Asgard engulló simbióticamente una alfaproteobacteria, que evolucionó hasta convertirse en mitocondrias para la producción de energía. Para respaldar esto, los investigadores secuenciaron más de 13.000 genomas microbianos de sedimentos marinos, casi duplicando la diversidad conocida de Asgard. Identificaron grupos como Heimdallarchaeia como particularmente próximos a los eucariotas. Utilizando la herramienta de IA AlphaFold2, el equipo analizó estructuras de proteínas, revelando similitudes entre enzimas de Heimdallarchaeia y las de eucariotas para el metabolismo basado en oxígeno. La coautora Kathryn Appler, investigadora postdoctoral en el Institut Pasteur, señaló: «Estas arqueas Asgard suelen pasar desapercibidas en secuenciaciones de baja cobertura... El esfuerzo masivo de secuenciación... nos permitió ver patrones invisibles antes de esta expansión genómica». El estudio amplía la comprensión de cómo el oxígeno facilitó el auge de la vida compleja, aunque no especula sobre pasos evolutivos posteriores.