Qué es LUCA, el último ancestro común universal

LUCA es la representación de un nodo crucial en el árbol de la vida. Este organismo, que se identifica como una bacteria perteneciente al filo Planctomycetes, es el antecesor de los tres dominios que conocemos: Archaea, Bacteria y Eukaryota. La investigación reciente liderada por Damien Devos y su equipo ha desafiado la visión tradicional sobre la evolución de la vida, sugiriendo que LUCA poseía características únicas que no se limitan a las bacterias, lo que implica una complejidad mayor en sus estructuras y funciones.

Tradicionalmente, se pensaba que el árbol de la vida se dividía en tres ramas: eucariotas, bacterias y arqueas, con LUCA en la base. Las diferencias entre bacterias y arqueas se encuentran en aspectos químicos y metabólicos, mientras que los eucariotas representaron una innovación evolutiva significativa al desarrollar células con núcleos y organelos.

El estudio de LUCA también tiene implicaciones astrobiológicas importantes. Los ambientes que podrían haber albergado a LUCA, como los respiraderos hidrotermales, son comunes en lugares como Europa y Encélado, lunas de Júpiter y Saturno, respectivamente. La existencia de océanos subsuperficiales en estas lunas sugiere que podrían proporcionar las condiciones necesarias para la vida. Esto lleva a la conclusión de que la energía química, y no la luz solar, fue fundamental para el origen de la vida. LUCA, según las investigaciones recientes, podía prosperar en ambientes oscuros y ricos en minerales, lo que abre nuevas posibilidades para la búsqueda de vida en entornos extraterrestres.

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Se aproxima que LUCA existió hace aproximadamente 4.200 millones de años, lo que representa un período relativamente corto después de la formación de la Tierra y nuestro Sistema Solar. Esta conclusión se deriva de una investigación realizada por Edmund Moody y su equipo en la Universidad de Bristol, quienes compararon los genes de diversas especies vivas para rastrear las mutaciones que se produjeron desde que compartieron un ancestro en LUCA.

La búsqueda de LUCA comenzó con las ideas de Charles Darwin, quien propuso que toda la vida moderna descendía de un organismo primordial. A medida que avanzaba la ciencia, especialmente tras el desciframiento del código genético en el siglo XX, la teoría ganó apoyo. Se descubrió que el código genético es universal para todos los organismos en la Tierra, lo que sugiere un ancestro común.

Los estudios sobre LUCA indican que este organismo unicelular podría haber utilizado ARN tanto para almacenar información genética como para catalizar reacciones químicas, similar a cómo lo hacen algunas enzimas modernas. Además, se cree que LUCA era resistente a condiciones extremas, posiblemente habitando cerca de fuentes hidrotermales en el fondo del océano.

El análisis reciente también ha revelado que, a lo largo de millones de años, los genes de LUCA se han redistribuido entre diferentes especies a través de un proceso conocido como transferencia horizontal de genes (LGT). Los investigadores lograron identificar 355 genes que parecen haber sido heredados directamente de LUCA y no han sufrido LGT, lo que proporciona pistas sobre su modo de vida.

• Estructura y composición: entre estas características se incluye un sistema de endomembranas desarrollado, ADN condensado y la presencia de esteroles en algunas de sus membranas, aspectos que lo acercan más a los eucariotas que a las bacterias típicas.
• Sistema inmunológico temprano: investigaciones indican que LUCA contaba con un sistema inmunológico primitivo, lo que implica que ya estaba en una "carrera armamentista" con virus, incluso hace 4.200 millones de años.
• Ecosistema interconectado: LUCA probablemente no vivía en aislamiento. Sus desechos servían como nutrientes para otros microorganismos, creando un ecosistema de reciclaje en el que diferentes especies coexistían y se beneficiaban mutuamente.
• Metabolismo anaeróbico y autótrofo: este organismo no respiraba oxígeno, sino que fabricaba su propio alimento a partir de compuestos del ambiente, como hidrógeno, dióxido de carbono y nitrógeno. Su metabolismo le permitía convertir estos elementos en compuestos útiles, como el amoníaco.
• Vía de fijación de carbono: LUCA utilizaba la vía acetil-CoA, una de las rutas más antiguas y simples para fijar el CO₂, lo que le permitía asimilar carbono de manera eficiente en un ambiente rico en metales.
• Genoma extenso: se estima que LUCA tenía un genoma de al menos 2,5 megabases, codificando alrededor de 2.600 proteínas. Esto es comparable a los genomas de muchos procariotas modernos, lo que sugiere un alto nivel de diversidad genética.
• Adaptación a ambientes extremos: la presencia de un gen para una enzima llamada "girasa inversa", que se encuentra en extremófilos modernos, respalda la idea de que LUCA prosperaba en condiciones de alta temperatura.
• Redundancia genética: LUCA poseía una redundancia genética significativa, lo que sugiere que la pérdida de algunos genes no afectaba drásticamente su funcionamiento. Esto podría explicar algunas anomalías en la filogenética de los organismos actuales.
• Producción de hidrógeno molecular: LUCA probablemente utilizaba hidrógeno molecular como fuente de energía, un subproducto de reacciones químicas que ocurrían en su entorno. Este proceso era fundamental para su metabolismo y sostenía su actividad biológica.

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