Es probable que las formas de vida tempranas en la Tierra hayan mutado y evolucionado a tasas mucho más altas de lo que lo hacen hoy, sugiere un nuevo análisis de investigadores de la Universidad de Carolina del Norte.
En un estudio publicado esta semana en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , Richard Wolfenden, PhD, y sus colegas encontraron que la tasa de cierto cambio químico en el ADN, un factor clave de las tasas de mutación espontánea de los organismos y, por lo tanto, del ritmo de la evolución aumenta extremadamente rápido con la temperatura. Combinando ese hallazgo conEvidencia reciente de que la vida surgió cuando nuestro planeta era mucho más cálido de lo que es ahora, los científicos concluyeron que la tasa de mutación espontánea era al menos 4.000 veces mayor que la actual.
"A las temperaturas más altas que parecen haber prevalecido durante la primera fase de la vida, la evolución sacudía los dados frenéticamente", dijo Wolfenden, Profesor Distinguido de Alumnos de Bioquímica y Biofísica de la Facultad de Medicina de la UNC.
Un ritmo de evolución mucho más rápido significa que las especies podrían haber proliferado mucho más rápido de lo que lo hacen ahora, permitiendo a la flora y fauna de la Tierra un tiempo amplio para adquirir su enorme diversidad y complejidad.
Esa cuestión, si la vida podría haber evolucionado a su nivel actual de complejidad en el tiempo disponible, ha persistido desde que Darwin publicó su teoría hace más de un siglo y medio. A lo largo de ese debate, tanto escépticos como defensores de la evoluciónLa teoría a menudo ha asumido que el ritmo de la evolución se ha mantenido más o menos constante durante los eones.
El planeta se formó hace unos 4.600 millones de años a partir de la nube de polvo y gas que rodea al sol temprano, y comenzó como un mundo infernal de roca fundida. Se enfrió hasta que se condensó una corteza y, finalmente, hace unos 4.300 millones de años, salmuera líquidacomenzó a llenar las elevaciones más bajas, formando océanos.
"La evidencia reciente de muestras de rocas en Australia indica que las formas de vida surgieron en la Tierra ya hace 4,1 mil millones de años, casi en un abrir y cerrar de ojos después de la aparición de océanos líquidos", dijo Wolfenden.
En ese momento, la temperatura promedio en la superficie de la Tierra habría estado cerca del punto de ebullición del agua: 100 grados centígrados, aproximadamente 75 grados más que hoy.
Para tener una idea del efecto de temperaturas tan altas en la tasa de evolución, el equipo de Wolfenden examinó una reacción química conocida como desaminación de citosina, que ocurre de vez en cuando en todas las células y puede ser la causa más frecuente de espontáneaMutaciones de ADN.
En la reacción de desaminación, la citosina, la molécula de base de ADN conocida como "C" en el código genético, pierde un grupo de átomos de "amina" similar al amoníaco. La desaminación conduce a la mutación de la citosina en la base de ADN timina"T" en el código genético.
El equipo de Wolfenden determinó experimentalmente las tasas de desaminación espontánea a diferentes temperaturas para la citosina y varias moléculas relacionadas con la citosina. En colaboración con el laboratorio UNC de Ronald Swanstrom, PhD, Charles P. Postelle, Jr. Profesor Distinguido de Bioquímica en UNC,Los investigadores también midieron las tasas de desaminaciones de citosina y mutaciones C a T espontáneas en el ADN monocatenario del virus VIH que causa el SIDA. Los resultados mostraron que las tasas de desaminación de citosina, para moléculas aisladas y para ADN monocatenario,aumentó muy abruptamente a medida que aumentaba la temperatura. Luego, los científicos agregaron la suposición de que la temperatura de la superficie de la Tierra ha cambiado exponencialmente, siguiendo la ley de enfriamiento de Newton, durante el período en que la vida ha existido.
"Las mutaciones basadas en citosina, cuando la temperatura estaba cerca de los 100 grados C, ocurrieron a más de 4,000 veces la tasa moderna", dijo Wolfenden. "Para mí, eso fue sorprendente. Pensé que la tasa antigua sería más rápida que latasa moderna, pero no tan rápido "
¿Cómo podrían las formas de vida tempranas hacer frente a un ambiente de alta temperatura donde su material genético se estaba alterando tan rápidamente?
"Esa pregunta todavía está ahí afuera", dijo Wolfenden. Sin embargo, señaló que incluso ahora existen microorganismos que normalmente viven en aguas termales o respiraderos termales de aguas profundas, y de alguna manera sobreviven y se multiplican a temperaturas de hasta 120 gradosC.
Originalmente, el ADN se estabilizó en cierta medida por la presencia de una cadena complementaria de ADN, y a medida que evolucionaron las formas de vida, desarrollaron mecanismos cada vez más sofisticados para reparar el daño del ADN.
"Estos hallazgos nos dan una idea de la carga que enfrentan los organismos primordiales antes de que desarrollaran sistemas sofisticados para su reparación", dijo Wolfenden. "Y ofrecen otra pista sobre cómo la evolución inició la creación del mundo diverso que vemos hoy."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Sistema de atención médica de la Universidad de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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