Todos los organismos que podemos ver a nuestro alrededor (plantas, animales y hongos) son eucariotas compuestos de células complejas. Sus células tienen muchas estructuras internas encerradas en membranas, que mantienen cosas como la producción de energía separadas del material genético, etc. Incluso los organismos unicelulares de esta rama del árbol de la vida a menudo tienen estructuras cubiertas por membranas que mueven y reorganizan para alimentarse.
Parte de esa flexibilidad de la membrana proviene de los esteroides. En eucariotas multicelulares, los esteroides realizan varias funciones; entre otras cosas, se utilizan como moléculas de señalización, como el estrógeno y la testosterona. Pero todos los eucariotas insertan varios esteroides en sus membranas, aumentando su fluidez y alterando su curvatura. Entonces, la evolución de un elaborado metabolismo de esteroides puede haber sido fundamental para permitir la vida compleja.
Ahora, los investigadores han rastreado el origen de los esteroides eucariotas casi mil millones de años más atrás en el tiempo. Los resultados sugieren que muchas ramas del árbol genealógico eucariótico alguna vez produjeron versiones tempranas de esteroides. Pero nuestra rama desarrolló la capacidad de producir otros más elaborados, lo que puede habernos ayudado a superar a nuestros parientes.
Una línea de tiempo confusa
En cierta medida, el nuevo trabajo consiste en probar una idea propuesta hace décadas por el bioquímico Konrad Bloch. Bloch ganó un Premio Nobel por descubrir las vías bioquímicas que permiten a las células producir esteroides a partir de precursores más simples. En 1994, Bloch sugirió que los productos químicos intermedios en los caminos que identificó fueron, en algún punto de nuestros caminos evolutivos, los productos finales. Las células producirían estos esteroides menos complejos, que desempeñaron un papel fundamental en su supervivencia; con el tiempo, sin embargo, nuestra rama desarrolló enzimas que las modificaron aún más de manera ventajosa.
Esto tenía el potencial de tener sentido a partir de una variedad de pruebas que, de otro modo, no encajarían muy bien. Hemos encontrado microfósiles de hasta 1.600 millones de años que parecen mostrar células complejas con procesos superficiales que normalmente se limitan a los eucariotas. Eso funciona bien con la evidencia de ADN, que sugiere que todos los eucariotas actuales pueden rastrearse hasta un ancestro común que existió hace al menos 1.200 millones de años, quizás hace 1.800 millones de años.
Pero también podemos buscar esteroides en rocas antiguas, ya que las moléculas son notablemente estables. Pero los esteroides en los eucariotas actuales no aparecen hasta hace unos mil millones de años, mucho más tarde que los propios eucariotas. Esa brecha podría explicarse claramente si los primeros eucariotas estuvieran usando los intermediarios bioquímicos de Bloch.
Fue aquí donde Bloch, a pesar de haber acertado tanto, se equivocó en una gran cosa. Sugirió que los intermedios serían químicamente inestables y, por lo tanto, no sobrevivirían en los sedimentos el tiempo suficiente para que los encontráramos. Desde este punto de vista, no tenía sentido mirar.
De larga duración
Un equipo internacional de investigadores decidió que podría valer la pena probar la suposición de Bloch sobre la solidez de estas moléculas. Entonces, los investigadores sintetizaron un montón y sometieron las moléculas a condiciones de calentamiento y envejecimiento acelerado y observaron lo que sucedió. Si bien perdieron un par de átomos del lado de las estructuras anilladas, la mayor parte de la molécula sobrevivió. Y, lo que es más importante, no se sabe que otros esteroides produzcan las mismas moléculas cuando se degradan, por lo que estos intermediarios envejecidos pueden servir como indicadores de la producción de esteroides.
Con esa información en la mano, los investigadores obtuvieron muestras de petróleo y betún de sedimentos fechados en diferentes puntos del pasado de la Tierra. E incluso la muestra más antigua, con 1.600 millones de años, ya tenía muchos restos de estos esteroides intermedios. Los investigadores aislaron docenas de parientes de intermediarios de esteroides, pero no encontraron ninguna de las moléculas que cabría esperar si los esteroides modernos estuvieran presentes.
Los eucariotas también parecen haber estado en todas partes. «Estos protoesteroides se detectaron en ambientes de aguas profundas y relativamente poco profundas, tapetes microbianos y hábitats pelágicos, esquistos y carbonatos, así como en cuencas marinas y probablemente lacustres», escriben los investigadores.
Nuevamente, los primeros signos de los esteroides modernos no aparecen hasta hace menos de mil millones de años, lo que sugiere que los eucariotas, tanto nuestros ancestros como otras ramas del árbol evolutivo, prosperaron durante casi mil millones de años utilizando moléculas que ahora son solo intermediarios químicos. Diferentes clases de esteroides modernos también aparecen lentamente en el registro geológico, lo que sugiere que no hubo un estallido de innovación.
Sobreviviendo a los extremos
Los investigadores proponen una idea intrigante que ubica el origen de los eucariotas modernos dentro del registro geológico. Los eucariotas parecen haber surgido dentro de un período de tiempo geológico llamado «mil millones aburridos», que se extendió desde hace aproximadamente 1,8 a 0,8 mil millones de años. Durante este tiempo, como su nombre lo indica, no pasó mucho. Durante la mayor parte de este tiempo, la geología vio las placas continentales de la Tierra reunidas en un supercontinente, lo que ayudó a sustentar un clima aparentemente estable. La vida parece haber respondido a la estasis relativa formando ecosistemas igualmente estables que persistieron durante gran parte de este tiempo.
Si bien el antepasado de todos los eucariotas modernos probablemente evolucionó durante los aburridos mil millones, la falta de trastornos ecológicos puede haber significado que enfrentó un momento difícil para encontrar un nicho ecológico desocupado. Dado ese desafío, sugieren los investigadores, la evolución de los esteroides modernos podría haberles dado las tolerancias necesarias para ocupar ambientes más extremos, como donde prevalecían temperaturas frías o altas o lugares como marismas que se secaban periódicamente. Esto podría significar que se estaban fabricando esteroides modernos, pero solo a niveles que hacen que su detección sea poco probable.
Los aburridos mil millones terminaron con un aumento en la actividad tectónica y las glaciaciones globales, que podrían haber desencadenado el equivalente microbiano de las extinciones masivas. En el entorno turbulento que siguió, la capacidad de tolerar los extremos ambientales permitidos por los esteroides modernos podría haber dado a nuestros antepasados una ventaja, permitiéndoles empujar a todas las demás ramas del árbol eucariota a la extinción.
Nature, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06170-w (Acerca de los DOI).