4/10/2008

Coneixent a LUCA

Per conèixer a LUCA ens hem de remontar als voltants dels anys 70. Quan Woese i Fox van descobrir que el regne que fins llavors anomenàvem procariotes estava, en realitat, compost per dos regnes vertaders: Bacteries i Archees, (ambdós són organismes sense nucli), que juntament amb el regne Eukarya (organismes nucleats als quals pertanyem nosaltres) formaven tot el ventall de formes de vida actuals en el planeta.
Al igual que nosaltres i els ximpanzès tenim un avantpassant comú que podria haver existit fa uns 10 milions d'anys, i al igual que totes les espècies actuals han de poder relacionar-se amb un avantpassat comú, totes les formes actuals de vida haurien d'estar relacionades per un avantpassat comú al qui debem la nostra existència. És així com sorgeix la idea de LUCA (Last Universal Common Ancestor).
Per situar-nos, això ens porta a fa aproximadament uns 3000 milions d'anys.
Està clar que quan parlem o fins i tot intentem explicar què és el que ocorria en aquest món en desenvolupament, entrem totalment en un camp altament especulatiu, però tot i així la ciència ens pot ajudar a acostar-nos-hi i donar-nos una idea de qui era aquest ancestre. A més, prenent com a lema la frase de Dobzhansky: "Res en biologia té sentit si no és sota el prisma de l'evolució", és obviament necessari fer esforços per conèixer a Luca.
S'ha de diferenciar entre el que s'entén com Luca i el que s'entén com la primera cèl·lula que va aparèixer sobre la Terra. Luca no és la primera cèl·lula, sinó que és l'ancestre més proper en el temps que podem trobar abans de la separació dels tres regnes actuals. També hem d'evitar fer-nos una idea massa simplista de Luca; al igual que no pensem que l'anomenada Eva mitocondrial era l'única dona present a Àfrica en aquell moment, Luca no era l'únic organisme present en la Terra a la seva època, el que si podem dir és que el mecanisme de reproducció fonamental de la vida cel·lular (tota cèl·lula prové d'una altra) implica l'existència d'un Luca únic.

Un dels principals avenços del segle passat en biologia, és la troballa que tots els éssers vius actuals estan formats per les mateixes macromolècules, utilitzen la mateixa maquinària de síntesi protèica i el mateix codi genètic, el que suggereix l'existència d'ancestres comuns que ja tinguissin aquestes característiques. Això no exclou que poguessin aparèixer altres formes de vida, però si ho van fer, no van deixar descendents o van ser eliminats pels que nosaltres coneixem.


Els grans avenços en genètica comparada van rellançar de nou les investigacions a la recerca de Luca. La qüestió era comparar els genomes de representats dels tres regnes i comparar-los entre sí per tal de trobar els gens que tots compartien. Aquests estudis van donar com a resultat que el nombre de gens universals rondava els 60 o 80. Eren gens relacionats amb traducció, transcripció, replicació, factors d'elongació,... estava clar que Luca tenia un sistema de síntesi proteica molt semblant a l'actual. També es van trobar constituents del complex ribonucleòtid SRP que són factors que permeten la translocació de membrana, el que indicava també, que Luca havia d'haver estat un organisme envoltat per una membrana cel·lular. Tot i així, aquestes xifres havien d'estar subestimades, ja que segurament necessitaria altres gens per ser compatible amb la vida. Per exemple, la llista de gens universals, no en comprèn cap relacionat amb el metabolisme, els quals encara avui dia no són identificables.
Aquí és on es comença a dificultar la feina, ja que estudis filogenètics demostren que són els gens relacionats amb el metabolisme els que més freqüentment es redistribueixen entre línies cel·lulars per un fenòmen de transferència gènica horitzontal (cal recordar, per exemple, l'adquisisió de resistència a diferents antibiòtics dels patògens humans). És aquest fet el que no permet inferir el metabolisme de Luca a partir de la comparació genòmica.

Una de les grans curiositats en l'estudi de Luca es pot trobar a l'examinar la llista de gens universals. No hi ha quasi gens implicats en el metabolisme de l'ADN, i tot i que és el sistema d'emmaguetzematge d'informació que compartim tots els éssers vius, els enzims principals implicats en el seu metabolisme són rarament homòlegs en els tres regnes. Alguns d'aquest enzims són homòlegs entre Archaea i Eukarya, però no quan es comparen amb bacteries.


Aquesta observació va conduïr a Mushegian i Koonin a proposar que Luca tenia encara un genoma basat en ARN i que l'ADN havia aparegut dos cops en l'evolució, una vegada en la branca de bacteries i l'altra en la de arquees i eucariotes. De totes formes la hipotesi d'un Luca amb un genoma a base de ADN és encara del tot possible, a condició que les proteïnes relacionades amb el metabolisme de l'ADN hagin estat reemplaçades per anàlegs funcionals en alguna de les dues línies evolutives.


Si Luca va viure en un món d'ADN o de ARN és una qüestió que encara continua oberta i que s'ha de resoldre en els pròxims anys, el que està clar és que l'origen de la vida i la búsqueda d'aquest ancestre comú que va donar lloc als tres regnes actuals, és un dels grans reptes de la biologia moderna.

Referències:

- Forterre P., Gribaldo S., Brochier C. Luca: à la recherche du plus proche ancêtre commun universel. Medicine/Sciences 2005:21 860-5

Frij

2 comentaris:

Assenyat ha dit...

Això de posar els eucariotes com a un dels tres dominis cel·lulars en l'arrel de l'arbre evolutiu no s'aguanta gaire per enlloc. M'agraden les explicacions donades al respecte per en Thomas Cavalier-Smith sobre la revolució neomura. És simple, elegant i encaixa més amb tot plegat.

Frij ha dit...

Tens tota la raó Assenyat, actualment podem dir que els eucariotes no es situen en l'arrel d'aquest arbre. De fet arquees i eucariotes comparteixen més similituts entre ells que comparats amb bacteries. La hipòtesi de Cavalier-Smith encaixa molt millor, però de totes formes Luca no deixa de ser l'avantpassat comú de totes les branques actuals no?