Incluso los fósiles más antiguos de eucariotas muestran una diversidad deslumbrante y complejidad

11 de enero de 2024

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por Harrison Tasoff, Universidad de California - Santa Bárbara

El sol acaba de ponerse en un tranquilo banco de barro en el Territorio del Norte de Australia; se pondrá nuevamente en otras 19 horas. Una luna joven se levanta sobre el paisaje desolado. No hay animales que se muevan en la luz menguante. No hay hojas que se muevan con la brisa. No hay líquenes que cubran la roca expuesta. La única señal de vida es algo de suciedad en algunos charcos y estanques. Y entre ellos vive una diversa comunidad microbiana de nuestros ancestros antiguos.

En un nuevo estudio de microfósiles exquisitamente preservados, investigadores de la Universidad de California - Santa Bárbara y la Universidad McGill revelan que los organismos eucarióticos ya habían evolucionado en una diversidad de formas hace 1.64 mil millones de años. El artículo, publicado en la revista Papers in Paleontology, relata un conjunto de fósiles eucarióticos de una época temprana en la historia evolutiva de este grupo. Los autores describen cuatro nuevos taxones, así como evidencia de varias características avanzadas ya presentes en estos eucariotas tempranos.

"Estos son algunos de los eucariotas más antiguos que se han descubierto", explicó la autora principal Leigh Anne Riedman, investigadora asistente en el Departamento de Ciencias de la Tierra de UCSB. "Sin embargo, incluso en estos primeros registros estamos viendo mucha diversidad".

Eukarya conforma uno de los principales dominios de la vida, que abarca los clados de plantas, animales y hongos, así como todos los demás grupos cuyas células tienen un núcleo delimitado por una membrana, como los protistas y las algas marinas. Muchos científicos pensaban que los eucariotas tempranos eran bastante similares durante el Paleoproterozoico tardío, y que la diversificación tuvo lugar alrededor de hace 800 millones de años. Pero Riedman y sus coautores encontraron fósiles de una variedad encantadoramente diversa y compleja en rocas casi el doble de antiguas.

Los científicos sabían por estudios anteriores que los eucariotas habían evolucionado para esta época, pero su diversidad en esa era se entendía poco. Así que Riedman se dirigió al desierto a finales de 2019. En una semana, recolectó alrededor de 430 muestras de ocho núcleos perforados por una compañía de prospección; ahora residen en la biblioteca de la Oficina Geológica del Territorio del Norte. Los dos núcleos utilizados para este estudio abarcaban aproximadamente 500 metros de estratigrafía, o 133 millones de años, con alrededor de 15 millones de años de deposición significativa.

Riedman regresó a Estados Unidos con pizarra y piedra fangosa, restos de un antiguo ecosistema costero que alternaba entre bancos de barro poco profundos y lagunas costeras. Un baño en ácido fluorhídrico disolvió la roca matriz, concentrando los preciosos microfósiles que luego analizó bajo el microscopio.

"Esperábamos encontrar especies con características interesantes y diferentes en sus paredes celulares", dijo Riedman. Esperaba que estas características pudieran arrojar luz sobre lo que estaba sucediendo dentro de las células durante este período de tiempo. Sin embargo, llegar a alguna conclusión sobre el interior celular requeriría mucha investigación, ya que los fósiles solo conservan el exterior de las células.

Los investigadores se sorprendieron por la diversidad y complejidad preservadas en estos fósiles. Registraron 26 taxones, incluyendo 10 especies previamente no descritas. El equipo encontró evidencia indirecta de citoesqueletos, así como estructuras planas que sugieren la presencia de vesículas internas en las que se formaron las placas, tal vez ancestrales a los cuerpos de Golgi presentes en células eucariotas modernas. Otros microbios tenían paredes celulares hechas de fibras unidas, de manera similar sugestiva de la presencia de un citoesqueleto complejo.

Los autores también encontraron células con una pequeña puerta trampa, evidencia de un grado de sofisticación. Algunos microbios pueden formar una cista para esperar condiciones ambientales desfavorables. Para poder emerger, necesitan poder grabar una apertura en su caparazón protector. Hacer esta puerta es un proceso especializado.

"Si vas a producir una enzima que disuelve tu pared celular, debes tener mucho cuidado acerca de cómo usas esa enzima", dijo Riedman. "Así que en uno de los primeros registros de eucariotas, estamos viendo niveles bastante impresionantes de complejidad."

Muchas personas en el campo pensaban que esta habilidad emergió más tarde, y la evidencia de ella en este conjunto adicional enfatiza aún más lo diversos y avanzados que eran los eucariotas incluso en este momento temprano. "La suposición siempre ha sido que esto es aproximadamente cuando aparecieron los eucariotas. Y ahora creemos que la gente simplemente no ha explorado rocas más antiguas", dijo la coautora Susannah Porter, profesora de ciencias de la Tierra en la Universidad de California - Santa Bárbara.

This paper is part of a larger project investigating early eukaryote evolution. Riedman and Porter want to know in what environments early eukaryotes were diversifying, why they were there, when they migrated to other places, and what adaptations they needed in order to fill those new niches.

A big part of this effort involves understanding when different characteristics of eukaryotes first arose. For instance, the authors are quite interested to learn whether these organisms were adapted to oxygenated or anoxic environments. The former would suggest that they had an aerobic metabolism, and possibly mitochondria. Every modern eukaryote that's been found descends from ancestors that possessed mitochondria. This suggests that eukaryotes acquired the organelle very early on, and that it provided a significant advantage.

Riedman and Porter are currently working on a fresh account of eukaryote diversity through time. They've also collected even older samples from Western Australia and Minnesota. Meanwhile, their geochemist collaborators at McGill are spearheading a study on oxygen levels and preferred eukaryote habitats, aspects that could shed light on their evolution.

'These results are a directive to go look for older material, older eukaryotes, because this is clearly not the beginning of eukaryotes on Earth,' Riedman said.

Journal information: Papers in Palaeontology

Provided by University of California - Santa Barbara