Para la gran mayoría de lectores, LUCA no es más que un nombre propio, identificable con Modric (el futbolista del Real Madrid), con el protagonista de una canción de Suzanne Vega o con el título de una película de Disney. Pero cuando lo escribimos con mayúsculas nos estamos refiriendo a algo que entra dentro del campo científico, ya que son las siglas de last universal common ancestor o último antepasado común universal; es decir, el ancestro común más reciente a todos los seres vivos conocidos, tanto actuales como extintos, con una antigüedad que ronda los cuatro mil millones de años.
Aunque LUCA es un término que ideó, en un artículo publicado en 1999, el microbiólogo francés Patrick Forterre, en realidad no es la única forma de referirse a él, ya que también existen variantes como LUA (last universal ancestor, último antepasado universal) o LCA (last common ancestor, último antepasado común). Pero el sentido es el mismo en todas: una forma de vida de la que descienden todas las demás que conocemos y de la que no se ha encontrado evidencia fósil específica, aunque sus características pueden deducirse de las que tienen actualmente los genomas. Conviene aclarar, eso sí, que LUCA no sería el primer organismo con vida de la Tierra; ni siquiera el único de su época.
La idea de un ancestro común empezó a forjarse en el siglo XVIII, con los diagramas ramificados que hacían los naturalistas, denominados claves, de los que el primer ejemplo destacado -ya en 1801- fue el Arbre botanique de Augustin Augier, un sacerdote católico que trataba con ello de ilustrar sobre el orden perfecto de la naturaleza creada por Dios. Fue Jean-Baptiste Lamarck el que, ocho años más tarde, dio un paso adelante al incorporar una propuesta evolutiva paralela en la tableau que hizo para su obra Philosophie zoologique. Después llegaron otros como Robert Chambers, Edward Hitchcok, Heinrich Georg Bronn…
Hubo que esperar a 1859 para que Charles Darwin publicase El origen de las especies, en cuyo texto usaba la metáfora del árbol de la vida para sostener dos veces la hipótesis de que todas las formas de vida descendían de otra primordial. Aceptado por el mundo académico, no sin alguna controversia (recordemos el famoso debate de Oxford), el evolucionismo se confirmó como teoría formal en los años sesenta del siglo siguiente, cuando, en un paso de gigante que dio la ciencia, logró descifrarse el código genético, resultando que es universal. Antes, en 1924, el biólogo y bioquímico soviético Alexander Oparin había revolucionado los conceptos sobre el origen de la vida en la Tierra, explicándola como un desarrollo constante de la evolución química de moléculas de carbono en un caldo primitivo, estimulado por el calor.
La abiogénesis empezó en algún momento de la etapa cronológica que va desde los 4.410 millones de años (condiciones para la condensación del vapor de agua) a los 3.770 millones de años (primeros indicios de vida), siendo en ese segundo segmento cuando se calculaba que surgió LUCA hasta hace poco. Eso ha ido cambiando a la luz de los avances científicos. Si en el año 2000 se calculaba la edad de LUCA entre 3.500 y 3.800 millones de años (unos cientos de millones de años antes de los fósiles más antiguos), luego se recalculó entre 3.480 y los 4.280 millones, con lo que sería coetáneo del LHB (Late Heavy Bombardment, Bombardeo Intenso Tardío; un período de impacto frecuente de meteoritos en los planetas del Sistema Solar, Tierra incluida).
Ahora bien, en 2018, un estudio de la Universidad de Bristol sobre fósiles de microorganismos canadienses aplicando relojes moleculares de última generación (técnicas de datación de la divergencia de especies a partir del número de diferencias entre dos secuencias de ADN), ha adelantado esa cronología al eón Hádico (la división geológica más antigua de las que se compone el Precámbrico), situándola en torno a 4.350 millones de años. Eso significa unos pocos cientos de millones de años después de la formación de la Luna (que nació del impacto entre la Tierra y un protoplaneta bautizado como Tea, volviéndose inhabitable).
A mediados del eón Hádico habrían hecho aparición los primeras células procariotas, aquellas cuyo material genético está disperso en una parte irregular del citoplasma llamada nucleoide (frente a las eucariotas, que lo tienen en el núcleo, de ahí que el geólogo Stephen Drury definiera en broma a las procariotas como «bolsas de sustancias químicas»). LUCA sería, por tanto, una procariota, un tipo de organismos que se dividen en dos grandes ramas: arqueas, que son las más primitivas por carecer de núcleo y se subdividen en metanógenos (anaerobias, se alimentan de metano), halófilas (viven en ambientes muy salinos) e hipertermófilas (viven en medios de temperaturas extremas y posiblemente se tratase de las primeras células simples); y bacterias, algo más evolucionadas.
Al principio se incluyó a LUCA entre las arqueas, basándose en los cladogramas (diagramas de distancias genéticas) de células vivas que indicaban que el dominio Archea (por utilizar la terminología de su descubridor) se separó muy pronto de los demás seres gracias a a su capacidad para resistir condiciones extremas. Posteriormente se descubrieron arqueas que vivían en ambientes menos hostiles y el análisis de fósiles revela que una simbiosis entre éstas y bacterias dio como resultado el gran paso evolutivo hacia la vida compleja: las mencionadas eucariotas, que gracias a su mayor tamaño (hasta diez mil veces más que las procariotas) tienen un núcleo con envoltura de ADN (ácido desoxirribonucleico) que favorecería el surgimiento de organismos pluricelulares y la diversidad de especies que los caracteriza.
Sin embargo, LUCA era unicelular y su bobina de ADN flotaba en el citoplasma. El fallecido microbiólogo estadounidense Carl Woese, el hombre que descubrió las arqueas en 1977, lo definió como una «entidad más simple y rudimentaria que los ancestros individuales que generaron los tres [dominios] y sus descendientes».Según Woese, la herencia genética de todos los organismos modernos deriva de la transferencia horizontal de genes entre una antigua comunidad de organismos, ese ancestro común cuya existencia quedó reforzada en 2010 por un análisis de secuencias moleculares.
Woese también introdujo el término progenote para aludir a una comunidad de organismos pre-celulares, anteriores pues a los procariontes, cuyos individuos estarían formados por un grupo esférico de lípidos y que constituiría el germen de nuestra herencia genética. El genoma de los progenotes, que pertenecían al mundo del ARN, era bastante diferente al de los organismos actuales, que es más preciso y menos variable, lo que induce a matizar las tesis de Woese porque las estimaciones indican que un ascendiente único -aunque flexible para un intercambio genético entre especies- resulta más probable.
LUCA, por tanto, probablemente formó parte de las procariotas extremófilas y, de hecho, se cree que evolucionó en ambientes que todavía existen; es el caso, por ejemplo, de las fumarolas hidrotermales subacuáticas que brotan en las dorsales oceánicas por la interación entre el agua y el magma que aflora desde debajo, en las que las temperaturas pueden superar los 100º y donde se cree que pudo originarse la vida en la Tierra. Pero, frente a arqueas y bacterias, que a medida que evolucionaron fueron reduciendo y simplificando su genoma, LUCA siguió el camino contrario: se hizo más complejo que algunas procariotas modernas.
Eso, decíamos antes, no significa que LUCA estuviera solo. Fue uno entre muchos, aunque el único cuyos descendientes consiguieron sobrevivir más allá de la Era Paleoarcaica junto con las eucariotas y bacterias (las cuales generaron su propia descendencia evolutiva); los otros fueron extinguiéndose a lo largo del reseñado eón Hádico y las dos primeras etapas del Arcaico (el Eoarcaico y el Paleoarcaico). No obstante, la cosa no sería tan sencilla puesto que el árbol de la vida actual es el resultado de la TGH (transferencia genética horizontal), también conocida como TGL (transferencia genética lateral); o sea, aquella transmitida entre organismos unicelulares y/o pluricelulares, en lugar de transmitirse verticalmente a la descendencia.
En 2016, un equipo de biólogos dirigido por Madeline C. Weiss analizó 6,1 millones de genes que codifican proteínas y 286.514 grupos de proteínas de genomas procarióticos secuenciados de varios árboles filogenéticos, identificando 355 grupos de proteínas que probablemente eran comunes a LUCA. Reconstruir a éste no es tarea fácil, ya que sólo se pueden describir sus mecanismos bioquímicos basándose en los organismos vivos actuales, fruto de muchas transferencias genéticas horizontales y mutaciones. La conclusión fue que se trataba de un pequeño ser unicelular anaerobio, autótrofo (capaz de generar compuestos orgánicos complejos) y termófilo (adaptación a altas temperaturas ambientes), que a nuestros ojos de hoy muy bien podría pasar desapercibido entre un grupo de bacterias modernas.
Tenía un código genético, probablemente ADN, que le permitió sobrevivir al mundo del ARN. Ese código se expresó en proteínas, formadas a partir de aminoácidos libres gracias a la traducción de un ARN mensajero a través de ribosomas y ARN de transferencia. Contaba también con citoplasma, basado en agua y compartimentado por una membrana de bicapa lipídica, en el que flotaba libremente el ADN. LUCA se multiplicaba duplicando todo su contenido seguido de división celular y utilizaba quimiosmosis para producir energía electroquímica. Todo ello -y muchas más cosas que sería prolijo especificar aquí- lo dotaban de capacidad para vivir en esas chimeneas hidrotermales submarinas o en otros entornos geoquímicamente hostiles.
El cómo evolucionó para originar los diversos árboles filogenéticos es todavía más incierto y para explicarlo hay unas cuantas hipótesis. La primera, propuesta por el citado Oparin y el biólogo evolutivo británico John Burdon Sanderson Haldane, apoyada luego por un experimento de Stanley Miller Harold Urey, estuvo en boga hasta la segunda mitad del siglo XX y partía de la idea que vimos de que LUCA era hipertermófilo, por lo que se habría gestado en un caldo primigenio catalizado por tormentas eléctricas, calor volcánico y rayos solares. Sin embargo, los componentes de la atmósfera del inicio del Precámbrico impedían sintetizar los aminoácidos necesarios, por lo cual, en 1988, el bioquímico Günter Wächtershäuser introdujo algunas matizaciones reorientando el origen a las chimeneas hidrotermales, que presentaban condiciones más concentradas.
Así que LUCA sería muy parecido a una arquea, que son las suelen habitar en esos singulares sitios, pero están tan adaptadas a ellos que LUCA evolucionaría hacia las bacterias. Lo que nos lleva a la segunda hipótesis, la del microbiólogo indio Radhey Gupta, que identifica a LUCA con una bacteria grampositiva, monodérmica, de la que evolucionaron las bacterias gramnegativas didérmicas y las arqueas (las eucariotas serían posteriores a LUCA). Los últimos descubrimientos confirman que los procariontes primitivos -caso de las arqueas- poseen una sola membrana celular.
Una tercera hipótesis, la de Carl Woess, la vimos antes: LUCA formaba parte de los progenotes, de los que vienen los tres grandes dominios actuales, Archaea, Bacteria y Eucarya, fruto de una transferencia genética entre las células primarias de ARN y tres virus ADN. Los opositores a Woess niegan que un organismo de ARN se pueda considerar un ancestro o, al menos, lo consideran indemostrable, concluyendo que los progenotes son anteriores a LUCA y por tanto sin vinculación directa con la vida actual. Además se le discute su diseño del Árbol de la Vida por considerarlo descompensado: el reino bacteriano consta sólo de unos cuantos miles de especies mientras que el arqueano no llega a las doscientas (quizá algunos pocos miles por descubrir) y, frente a ellos, el eucariota suma varios millones.
Así llegamos a la hipótesis formulada por el biólogo evolutivo británico Thomas Cavallier-Smith, quien agrupaba a todos los procariontes dentro del reino de las bacterias y, dentro de éstas, LUCA tenía todas las características básicas de una bacteria gramnegativa (doble membrana celular lipídica, pared celular de peptidoglucano, ausencia de flagelo, división celular, etc.), siendo posteriores las grampositivas, cuyo metabolismo probablemente era fotosintético y anaerobio, habiendo generado el grupo de las neomura, del que a su vez derivan las arqueas y eucariotas (posteriormente, en 2020, Cavallier-Smith se autocorrigió considerando que el ancestro de las neomura fue una planctobacteria y que las grampositivas no constituyen un grupo taxonómico propio). La crítica: ningún árbol filogenético molecular parece respaldarlo.
En suma, si queremos buscar a nuestro pariente más lejano hay que remontarse en el tiempo más de cuatro mil millones de años. Casi casi al poco de aparecer todo esto, teniendo en cuenta que la edad de la Tierra está calculada en aproximadamente 4.550 millones de años (la del universo, en 13.770 millones de años).
Fuentes
Juan Antonio Aguilera, El origen de la vida | VVAA, Biología | VVAA, Una maravilla llamada vida. Cómo son, cómo funcionan y de dónde vienen los seres vivos | Marc Maillet, Biología celular | Werner Müller-Esterl, Bioquímica. Fundamentos para medicina y ciencias de la vida | Marcelo Dos Santos, Con ustedes… ¡LUCA! (en Axxón) | Bill Bryson, Una breve historia de casi todo | Nick Lane, John F. Allen y William Martin, How did LUCA make a living? Chemiosmosis in the origin of life | Wikipedia
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