¿Cómo subsiste la vida en condiciones extremas de temperatura?

La vida es un proceso químico, en el que la temperatura es un factor determinante. Sus efectos pueden ver en toda la biología. Para los científicos resulta interesante considerarlos desde una perspectiva evolutiva. La historia de la vida en relación con la temperatura se ha debatido desde que los primeros árboles emergieron, lo que sugiere que la evolución puede estar entrelazada con la temperatura.

A pesar de su condición clave en los procesos biológicos, los especialistas no contaban hasta hoy con una comprensión completa de la adaptación a la temperatura. Para intentar desentrañar esta cuestión, un equipo de investigación dirigido por Paula Prondzinsky y Shawn Erin McGlynn del Earth-Life Science Institute (ELSI) perteneciente al Instituto de Tecnología de Tokio investigó recientemente un grupo de organismos llamados metanógenos. Sus resultados se acaban de publicar en la revista especializada DNA Research editada por la Universidad de Oxford.

Los metanógenos son microbios unicelulares que producen metano y forman parte del “Archaea” (antiguos organismos unicelulares que no tienen núcleos celulares y se cree que fueron los predecesores de las células). Los metanógenos son los organismos ideales para investigar la adaptación a la temperatura, ya que pueden sobrevivir en una amplia gama de temperaturas extremas, desde -2,5 grados hasta 122.

Los dividieron a los metanógenos en tres grupos según las temperaturas en las que prosperaron: termotolerantes (temperaturas altas), psicrotolerantes (temperaturas bajas) y mesófilos (temperaturas ambientales). A continuación, utilizaron la base de datos de taxonomía del genoma para crear otra de 255 genomas y secuencias de proteínas. Luego, hicieron lo propio con la base de datos de temperaturas de crecimiento de procariotas normales y raras para obtener información sobre la temperatura de 86 metanógenos guardados en colecciones de laboratorio. El resultado fue una base de datos que conectaba el contenido del genoma con la temperatura de crecimiento.

Más tarde, los científicos utilizaron un software llamado OrthoFinder para establecer diferentes ortogrupos: conjuntos de genes que descienden de uno solo en el último ancestro común de la especie en cuestión. Después de eso, dividieron estos ortogrupos en tres categorías: centrales (presentes en más del 95% de las especies), compartidos (presentes en al menos dos especies pero en menos del 95% de los organismos) y únicos (presentes en una sola especie). Según su investigación, todos los animales comparten alrededor de un tercio del genoma metanogénico. También descubrieron que a medida que aumenta la distancia evolutiva, disminuye la proporción de genes compartidos por diferentes especies.

Más fuertes a las temperaturas

Curiosamente, los científicos descubrieron que los organismos termotolerantes tenían genomas más pequeños y un mayor porcentaje del genoma central. Además, se descubrió que la edad de estos diminutos genomas era más antigua que la de las especies psicotolerantes. Estos resultados sugieren que el tamaño del genoma depende más de la temperatura que del curso de la evolución porque se descubrieron especies termotolerantes en varios grupos. También sostienen que, en lugar de contraerse a medida que evolucionaban los genomas de metanógeno, aumentaban, lo que contradice la teoría de la evolución del genoma termorreductivo, según la cual los organismos pierden genes a medida que se adaptan a temperaturas más altas.

Los análisis realizados por los investigadores también revelaron que los metanógenos podrían prosperar en este amplio rango de temperatura sin la necesidad de muchas proteínas únicas. En realidad, sus genomas codificaban proteínas similares para la mayoría de ellos. Especulan que el mecanismo subyacente de la adaptación a la temperatura podría ser el control celular o alteraciones de la composición a menor escala. Investigaron esto analizando la composición de aminoácidos de los metanógenos, que son los componentes básicos de las proteínas.

Descubrieron que determinados grupos de temperatura estaban enriquecidos en ciertos aminoácidos. Además, encontraron variaciones en la constitución de los aminoácidos, lo cual afecta la estructura de la proteína y, en consecuencia, su funcionalidad. Descubrieron que, en general, los metanógenos termotolerantes tenían aminoácidos más cargados y genes de transporte de iones más funcionales que los psicrotolerantes. En contraste, éstos poseen abundancia de proteínas y aminoácidos sin carga esenciales para la estructura y el movimiento celular.

El hecho de que los científicos no pudieran identificar ningún rol particular que compartiera cada miembro de un grupo de temperatura sugiere que la adaptación a la temperatura ocurre gradualmente y en pequeños pasos en lugar de requerir alteraciones drásticas. Paula Prondzinsky, una de las autoras principales del documento, explicó: “Esto indica que los primeros metanógenos, que evolucionaron cuando las condiciones de la Tierra eran hostiles para la vida, pueden haber sido similares a los organismos que encontramos en la Tierra actual. Nuestros hallazgos podrían señalar rasgos y funciones presentes en los primeros microbios e incluso dar pistas sobre si la vida microbiana se originó en ambientes cálidos o fríos. Podríamos ampliar este conocimiento para comprender cómo los organismos podrían adaptarse a otros tipos de condiciones extremas, no solo a la temperatura, e incluso desentrañar cómo podría evolucionar la vida en otros planetas”, concluyó.

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