Datación molecular de la Gran Oxidación

Dibujo20170316 Molecular clock for one of the datasets used in this study nature21412-f2

El oxígeno molecular (O2) en la atmósfera de la Tierra tuvo su origen en la fotosíntesis realizada por cianobacterias. Los indicios geoquímicos indican que la Gran Oxidación (GOE) ocurrió hace entre 2,45 y 2,32 millardos de años. Se publica en Nature una datación mediante reloj molecular que apunta a hace unos 2,31 millardos de años. En concreto, se ha estudiado la transferencia horizontal de genes de la biosíntesis de esteroles desde procariotas a eucariotas. Este suceso está asociado a un alto contenido de oxígeno molecular en el sistema océano-atmósfera.

Los esteranos son hidrocarburos que se han encontrado en rocas antiguas. Se consideran fósiles moleculares de la biosíntesis de esteroles, ya que su biosíntesis en eucariotas requiere un alto consumo de oxígeno. En 1999 se encontraron esteranos en rocas australianas de hace 2,7 millardos de años. Pero en 2005 se descubrió que se origen era pura contaminación. Los esteranos más antiguos confirmados se adelantaron a hace 1,64 millardos de años. Por ello es tan relevante el nuevo estudio que usa la filogenia molecular para datar la evolución de la biosíntesis de esteroles.

El nuevo artículo es David A. Gold, Abigail Caron, …, Roger E. Summons, “Paleoproterozoic sterol biosynthesis and the rise of oxygen,” Nature 543: 420–423 (16 Mar 2017), doi: 10.1038/nature21412. Sobre el software de datación molecular BEAST recomiendo Alexei J. Drummond, Marc A. Suchard, …, Andrew Rambaut, “Bayesian Phylogenetics with BEAUti and the BEAST 1.7,” Mol. Biol. Evol. 29: 1969-1973 (2012), doi: 10.1093/molbev/mss075.

Dibujo20170316 Marginal probability curves for the timing of the Bacterial Group split nature21412-f3

El nuevo estudio se centra en las dos primeras enzimas necesarias para la biosíntesis de esteroles: la escualeno monooxigenasa (SQMO) y la oxidoescualeno ciclasa (OSC). Estas proteínas usan el oxígeno molecular para convertir escualeno en los precursores necesarios para la biosíntesis de esteroles en eucariotas. Junto a la escualeno sintasa, una enzima demasiado muy bien conservada para ser útil como reloj molecular, estas dos enzimas se encuentran en la ruta metabólica canónica de la biosíntesis del esterol. Se asume la hipótesis de que estos dos genes estaban presentes en el último ancestro común de los eucariotas (LECA).

Dibujo20130316 Phylogeny and synteny of sqmo and osc genes nature21412-f1

La técnica del reloj molecular consiste en datar la divergencia entre dos organismos usando las diferencias entre sus secuencias de ADN para ciertos genes. Introducida en 1962 por Zuckerkandl y Pauling se basa en la hipótesis de que el número de mutaciones es casi constante a lo largo del tiempo (la llamada evolución neutra). En el nuevo artículo se ha usado el software BEAST que usa un análisis estadístico bayesiano. Este software usa ciertas técnicas de calibración. Aún así, toda datación molecular debe ser confirmada con estudios independientes.

4 Comentarios

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espaidualespaidual

“(…) la hipótesis de que el número de mutaciones es casi constante a lo largo del tiempo (la llamada evolución neutra). (…)”

Se asume lineal y se ignora la hipótesis de ‘punctuated equilibrium’ debido al estrés evolutivo?
Si realmente es un proceso invariante de escala, su promedio podría ser un pésimo indicador estadístico.

GroovyGroovy

Primera noticia de “la llamada evolución neutra”, supongo que es el nombre reciente para definir el carácter continuista y gradualista que caracteriza la especiación según el darwinismo clásico y el neodarwinismo. El gradualismo explica que 1) la especiación se desarrolle sin sobresaltos a lo largo de millones de años, y 2) que el número de mutaciones se mantenga constante en periodos enormes de tiempo. La aparición de la hipótesis del equilibrio puntuado, que propone especiaciones rápidas, se recibió con hostilidad por los neodarwinistas, pero entiendo que en este supuesto no se ignora el equilibrio puntuado. Según Wikipedia, la técnica del reloj molecular no puede asumirse completamente, funciona muchas veces aunque ha de comprobarse en cada caso. La técnica del reloj molecular es una herramienta ingeniosa, el conocimiento de la tasa aproximada de evolución molecular en ciertos grupos de linajes facilita el establecimiento de fechas de eventos filogenéticos no documentados en el registro fósil. Cuando el registro fósil es poco concluyente, el reloj molecular mejora el estudio.

Isidro LorenzoIsidro Lorenzo

Siendo neutro en cuanto al modelo evolutivo, no lo considero el centro del estudio. En cuanto a la clasificación de bacterias, que sabemos que es la población biológica más prolífica en la tierra, y se puede conoce la correlación de estas poblaciones con la atmósfera de la tierra. Y utilizar esta información en modelos de predicción climática.
“El oxígeno molecular (O2) en la atmósfera […] está asociado a un alto contenido de oxígeno molecular en el sistema océano-atmósfera” En referencia a la gráfica (a).
Como aplicación teóricas; modulando estas poblaciones de bacterias es posible regular/entender la absorción de CO2 y la producción de O2 en sistemas biológicos.
¿Tenemos la capacidad de seleccionar las bacterias de nuestro planeta de forma que tengamos un sistema biológico donde podamos modular las emisiones/absorciones químicas?
¿De ser así, sería el modelo a seguir para la colonización de planetas?
Muy interesante el artículo. Gracias por la publicación!
Saludos

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