Demoulin, et. Alabama.
No es exagerado sugerir que el acontecimiento más significativo ocurrido en la Tierra fue la evolución de la fotosíntesis. La capacidad de recolectar energía de la luz liberó a la vida de la necesidad de extraer energía de su entorno. Con esta nueva capacidad, la vida creció en complejidad e invadió nuevos entornos, remodelando finalmente la Tierra.
Para un evento tan crucial, sabemos muy poco al respecto. El seguimiento de la presencia de oxígeno en la atmósfera sugiere que la fotosíntesis evolucionó hace al menos 2.400 millones de años, aunque el aumento de los niveles de oxígeno resulta impresionantemente complicado. El seguimiento de las variaciones de los genes actuales sitúa el origen de la fotosíntesis hace unos 3 mil millones de años. Ese momento es similar al origen de las cianobacterias fotosintéticas, que continúan viviendo de forma independiente y se han incorporado a las células vegetales como cloroplastos.
Lo que no tenemos es evidencia clara de células fotosintéticas de edad similar. Se han identificado algunos microfósiles con similitudes con las cianobacterias, pero es imposible determinar si estaban produciendo las proteínas que impulsan la fotosíntesis. Ahora, nuevos fósiles descritos por un equipo de la Universidad de Lieja hacen retroceder la evidencia inequívoca de la fotosíntesis hace más de mil millones de años, hasta hace 1.700 millones de años.
¿Qué es un tilacoide?
El trabajo se basa en la identificación de estructuras llamadas membranas tilacoides. Se trata de pilas de membranas en forma de disco que aumentan la superficie dentro de la célula que puede albergar complejos de proteínas fotosintéticas. No todas las cianobacterias actuales tienen membranas tilacoides, pero están presentes en los cloroplastos de las células vegetales.
Para buscar tilacoides, los investigadores obtuvieron pequeños cuerpos parecidos a células de rocas sedimentarias en varios sitios. Hicieron secciones ultrafinas de estas rocas y luego realizaron microscopía electrónica para resolver algunos de los detalles en el interior de las células. Esto les permitió detectar características que tenían sólo unas pocas decenas de nanómetros de ancho.
Dos de los sitios tenían células con membranas internas de múltiples capas que son típicas de los tilacoides. Se trataba de la Formación McDermott en Australia y la Formación Grassy Bay en el Ártico de Canadá. Este último tiene más de mil millones de años, lo que es sustancialmente más antiguo que cualquier evidencia previa de tilacoides. Pero la Formación McDermott tiene más de 1.700 millones de años, lo que significa que la evidencia fósil de estas estructuras se remonta ahora a 1.200 millones de años antes.
Al mismo tiempo, los aparentes fósiles de cianobacterias de la República Democrática del Congo que tienen mil millones de años no tienen indicios de membranas tilacoides. Como se señaló, todavía existen especies de cianobacterias en la actualidad que carecen de estas estructuras, por lo que parece que estos linajes han estado separados durante bastante tiempo.
retrocediendo en el tiempo
Si bien son importantes por derecho propio, los hallazgos son principalmente significativos por sus implicaciones. Los datos moleculares sugieren que la división entre los dos grupos de cianobacterias (con y sin tilacoides) se remonta incluso a antes. También ha habido algunas propuestas de que la evolución de las membranas de tilacoides dio a la fotosíntesis el impulso necesario para desencadenar el Gran Evento de Oxigenación, donde los niveles de oxígeno de la atmósfera aumentaron significativamente por primera vez.
Al demostrar que era posible identificar las membranas de tilacoides a pesar de su inmensa edad, los investigadores detrás de este trabajo brindan un fuerte impulso para verificar su presencia en el momento de eventos evolutivos clave. La evidencia fósil podría en última instancia alcanzar la evidencia genética y química en lo que respecta a la evolución de la fotosíntesis.
Nature, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06896-7 (Acerca de los DOI).