Último antepasado común universal

Un cladograma que enlaza todos los grupos importantes de organismos vivos al LUA (el tronco negro en la parte inferior). Este gráfico es derivado de la secuencia del ARN ribosómico.

Un cladograma que enlaza todos los grupos importantes de organismos vivos al LUA (el tronco negro en el centro). Este gráfico es derivado de una secuencia de datos completa del genoma.

El último antepasado común universal, conocido por sus siglas en inglés LUCA (last universal common ancestor) es el hipotético último organismo del cual descendemos todos los existentes. Como tal es el antepasado común más reciente de todo el conjunto de los seres vivos actuales y probablemente también de todos los conocidos como fósiles, aunque no se puede descartar teóricamente que se identifiquen restos de otros seres vivos de la misma o mayor antigüedad que él. Se estima que vivió hace alrededor de 3.500 millones de años.

También se denomina último antepasado universal (LUA, last universal ancestor) y último ancestro común (LCA, last common ancestor).

La hipótesis

Al construir cladogramas globales, basados en la distancia genética entre las células actuales más divergentes, se interpretó que hubo una división muy temprana entre las arqueas, de las que sólo se conocían entonces formas extremófilas (altamente resistentes a condiciones ambientales extremas de gran salinidad, temperatura o acidez), y el resto de los seres vivos. Esto llevó a suponer que LUCA evolucionó en ambientes como los fumarolas negras de las dorsales medioceánicas, donde tales condiciones extremas continúan hoy en día. Luego se han encontrado arqueas en toda clase de ambientes, a la vez que el progreso en la comparación genética ha llevado a ideas alternativas, como que hay un parentesco especial entre eucariontes y arqueas, dejando fuera a las bacterias, o que los eucariontes aparecieron por una simbiosis entre una bacteria y una arquea.

Todos los organismos de su tiempo habrían acabado extinguiéndose salvo uno, LUCA, habiendo llegado hasta la actualidad solo sus descendientes. Carl Woese propuso que nuestra herencia genética pre-LUCA deriva de una comunidad de organismos, más que de un individuo, a la que ha llamado progenote; en esa fase, el genoma debía presentar una gran variabilidad, a diferencia de lo que ocurre en los organismos actuales, cuyo genoma está definido con mucha precisión.

Transferencia genética horizontal (TGH)

La transferencia genética horizontal es factor de confusión potencial cuando se infiere un árbol filogenético basado en la secuencia de un gen. Por ejemplo, dadas dos bacterias lejanamente relacionadas que han intercambiado un gen, un árbol filogenético que incluya a ambas especies mostraría que están estrechamente relacionadas puesto que el gen es el mismo, incluso si muchos de otros genes tuvieran una divergencia substancial. Por este motivo, a veces es ideal usar otras informaciones para inferir filogenias más robustas, como la presencia o ausencia de genes o su ordenación, o, más frecuentemente, incluir el abanico de genes más amplio posible.

Por ejemplo, el gen más común que se puede usar para construir relaciones filogenéticas en procariotas es el gen del ARNr 16s, puesto que sus secuencias suelen conservarse entre los miembros con relaciones filogenéticas estrechas, a la vez que es lo suficientemente variable para que se puedan medir estas diferencias. No obstante, en los últimos años también se ha argumentado que los genes de ARNr 16s también se pueden transferir horizontalmente. Aunque esto sea infrecuente, hace dudar de los árboles filogenéticos construidos a base sólo de ARNr 16s.

El biólogo Gogarten sugiere que

"la metáfora original de un árbol ya no acomoda bien los datos de las recientes investigaciones genómicas" por ello los "biólogos deberían usar la metáfora del mosaico para describir las diferentes historias combinadas en los genomas individuales y utilizar la metáfora de una red para visualizar los ricos intercambios y efectos cooperativos de la TGH entre los microorganismos."

Esto es cierto para los microorganismos, especialmente procarióticos, entre los que el intercambio genético horizontal es un fenómeno ubicuo, pero en los eucariontes el intercambio genético horizontal es un fenómeno raro, aunque de gran importancia biológica, y rara vez perturba la interpretación de los cladogramas (árboles evolutivos).

"Cuando se usa un gen como marcador filogenético, es difícil trazar la filogenia del organismo teniendo presente la TGH (transferencia genética horizontal). Combinando el modo de coalescencia simple de la cladogénesis con sucesos de TGH raros se sugiere que no habría un único antepasado común universal que contuviera todos los genes ancestrales a aquellos que comparten los tres dominios de la vida. Cada molécula contemporánea tiene su propia historia y trazaría hacia el pasado sólo su propio antepasado molecular. No obstante, es probable que estos antepasados moleculares estuvieran en organismos distintos en diferentes momentos.". Alternativamente puede pensarse en una quimera genética como antepasado común de los eucariontes, que habrían heredado así una parte de su genoma de cada uno de dos antepasados distintos.

Doolittle expone una discusión del concepto de último antepasado universal común y los problemas que surgen al respecto de este concepto cuando se considera la transferencia genética horizontal. El artículo cubre un amplia área - la hipótesis endosimbiótica del origen de los eucariotas, el uso de la subinidad pequeña del ARN ribosómico (SSU rRNA) como medida de distancias evolutivas a measure of evolutionary distances, este fue el campo en el que trabajó Carl Woese cuando formuló su primer "árbol de la vida" moderno, y los resultados de su investigación con el SSU rRNA condujeron a que propusiera Archaea como el tercer dominio de la vida) y otros temas relevantes. De hecho, fue mientras estaba examinando la nueva visión en tres dominios de la vida cuando la transferencia genética horizontal surgió como un asunto que venía a complicar la cuestión: Archaeoglobus fulgidus se cita en el artículo (p.76) como una anomalía con respecto al árbol filogenético basado en el gen que codifica la HMGCoA reductasa; el organismo en cuestión es una arqueobacteria conocida, que tiene todos sus lípidos y maquinaria de transcripción según lo esperado para una arqueobacteria, pero cuyos genes de la HMGCoA son realmente de origen bacteriano.

Nuevamente en la p.76, el artículo continúa así:

"El peso de la evidencia aún apoya la posibilidad de que las mitocondrias de los eucariotas se deriven de células de alfa-proteobacterias y que los cloroplastos procedan de cianobacterias ingeridas, pero ya no es seguro asumir que esas fueran las únicas transferencias genéticas laterales después de que surgieran los primeros eucariotas. Sólo más tarde, los eucariotas unicelulares sabemos que restringieron definitivamente los intercambios genéticos horizontales, con el advenimiento de la célula germinal separada (y protegida)."

El artículo sigue:

"Si nunca hubiera habido ninguna transferencia lateral genética, todos estos árboles genéticos individuales tendrían la misma topología (el mismo orden de ramificación), y los genes ancestrales en la raíz de cada árbol habrían estado presentes en el último antepasado común universal, una única célula antigua. Pero una transferencia generalizada significa que tampoco es el caso: los árboles genéticos difieren (aunque muchos muestran regiones de una topología similar) y nunca hubiera podido existir una única célula a la que se le pueda llamar el último antepasado común universal. "Como escribiera Woese, El antepasado nunca pudo ser un organismo en particular, una única línea de organismos. Fue una comunidad, una red laxa, un conglomerado de células primitivas las que evolucionaron como una unidad y eventualmente se desarrollaron en un estadio que se desmembró en varias comunidades distintas, que a su vez se convirtieron en los tres linajes primarios (bacterias, archaeas y eucariotas) En otras palabras, las primeras células, cada una de las cuales poseían pocos genes, difieren de muchos modos. Pero por el intercambio libre de genes, compartieron así mismo varias de sus capacidades entre sus contemporáneas. Eventualmente esta colección de células eclécticas e intercambiables coalescieron en los tres dominios básicos conocidos actualmente. Estos tres dominios se hicieron reconocibles porque la trasferencia genética que ocurrió entonces continúa entre los dominios."

Concepciones erróneas

LUCA no significa:

1. El primer organismo vivo que existió.
2. El organismo actual más próximo en sus características al antepasado común.
3. Que sólo existía este organismo al principio.

Véase también

• Origen de la vida
• Antepasado común

Enlaces externos

• Con ustedes... ¡LUCA!, por Marcelo Dos Santos, Axxón
• Con ustedes... ¡LUCA! (segunda parte), por Marcelo Dos Santos, Axxón
• What is the Last Universal Common Ancestor? (actionbioscience.org)
• Looking for LUCA