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La evolución microbiana continúa a pesar de vivir al límite de la vida

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La evolución microbiana continúa a pesar de vivir al límite de la vida

Crédito: Arek Socha / Pixabay
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En la superficie de la Tierra, donde abundan los nutrientes, las bacterias proliferan y evolucionan a un ritmo acelerado en comparación con las plantas y los animales. Las células se dividen rápidamente y las mutaciones aleatorias se acumulan a un ritmo correspondientemente alto. Dado que muchos de estos cambios genéticos alteranlas propiedades de las células que las portan, sus efectos pronto se convierten en características fijas del genoma. Las bacterias también hacen uso de varios modos de intercambio genético, lo que permite la recombinación entre diversos genomas. Este proceso sirve para mitigar los efectos de mutaciones deletéreas, al tiempo que permitemutaciones favorables que confieren características beneficiosas para ser propagadas. Además, factores ambientales como la presencia de antibióticos ejercen presiones selectivas que contribuyen aún más a la evolución bacteriana.

El tipo de intercambio genético y el modo de evolución descritos anteriormente es común para las bacterias en hábitats terrestres como el suelo y los océanos. Pero en las profundidades del mar, las bacterias también se pueden encontrar a profundidades de más de 10 m por debajo del lecho marino donde se encuentranpersisten bajo una limitación de energía extrema, cerca del límite de energía para la vida, en sedimentos que tienen más de un millón de años. En estos entornos, casi todos los nutrientes se consumen en la superficie del fondo marino, lo que deja un suministro de alimentos extremadamente bajo para las bacterias que persisten en las profundidades del¿Pueden las células en un entorno tan extremo y antiguo continuar dividiéndose y evolucionando? "Algunos científicos han planteado la hipótesis de que las tasas de división celular son demasiado lentas y la evolución no puede tener lugar en tales condiciones", dice el profesor William Orsi, geomicrobiólogo enla Sección de Paleontología y Geobiología del Departamento de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente de Ludwig-Maximilians-Universitaet LMU en Munich, y miembro del GeoBio Center.El fundamento de esta evaluación se basa en el hecho de que la limitación energética extrema a la que se enfrentan las poblaciones bacterianas en los sedimentos antiguos a varios metros por debajo del lecho marino da como resultado tasas de metabolismo muy bajas y, por lo tanto, las bacterias se dividirán muy lentamente, o posiblemente no se dividirán en absoluto.En tales condiciones, la lenta tasa de crecimiento y la velocidad a la que los nuevos rasgos pueden propagarse a través de las poblaciones pueden ser simplemente demasiado lentas para permitir que ocurra la evolución.

La teoría parece plausible. Pero un nuevo estudio muestra que, de hecho, la evolución tiene lugar en estas condiciones ambientales bastante peculiares, como un equipo de LMU dirigido por Orsi, en colaboración con investigadores de la Universidad de Arizona y colegas de la LMU hanEl estudio se concibió hace más de cinco años, cuando William Orsi y Gert Wörheide quien ocupa la Cátedra de Paleontología y Geobiología en LMU concibieron una idea para probar la hipótesis de que la evolución es realmente posible en las profundidades de la superficie de la Tierra.Después de que Orsi hubiera aislado bacterias del género Thalassospira a partir de muestras de sedimentos del subsuelo marino que tenían varios millones de años, pasaron a analizar los genomas de las bacterias. Descubrieron que los genomas se caracterizaban por la presencia de unalta proporción de 'pseudogenes'. Los pseudogenes son descendientes de genes anteriormente funcionales que han adquirido tantas mutaciones a lo largo del tiempo que sone efectivamente inactivado.

Este hallazgo implica que estas bacterias tienen una tendencia a acumular mutaciones deletéreas, que en última instancia pueden conducir a la pérdida de las funciones originales de estos genes. Además, en colaboración con colegas de la Universidad de Montreal, el equipo de LMU descubrió que el subsuelo ThalassospiraLos genomas de las bacterias exhibieron niveles diez veces más bajos de recombinación genética en comparación con las bacterias del mundo de la superficie. La falta de recombinación de las bacterias vecinas dio como resultado que los errores recién adquiridos se fijaran en los genomas de las bacterias del subsuelo y se transmitieran cuando las células se dividieron. Aislamiento físico dePor lo tanto, el mundo de la superficie resultó en un aislamiento genético. A largo plazo, estos organismos submarinos genéticamente aislados se establecen como subtipos idiosincrásicos de sus respectivas especies que fueron enterradas en los sedimentos hace millones de años.

“Se ha observado un fenómeno similar en las bacterias endosimbióticas, que viven dentro de las células de otras especies”, dice Orsi. A diferencia de las especies de vida libre, los endosimbiontes están genéticamente aislados y se produce poca o ninguna recombinación, por lo que las mutaciones aleatorias pueden acumularse, dando lugar a lo que se conoce como 'deriva genética'. La selección purificadora no puede tener lugar, y los genes se inactivan gradualmente, se alteran más allá del reconocimiento y finalmente se pierden. "El hecho de que hayamos encontrado indicaciones claras de mecanismos evolutivos comparables en bacterias recuperadas deLos sedimentos del subsuelo marino sugieren que tales procesos evolutivos ocurren en bacterias de vida libre con mucha más frecuencia de lo que hemos asumido hasta ahora ”, concluye Orsi.

Referencia : Orsi WD, Magritsch T, Vargas S, et al. Evolución del genoma en bacterias aisladas de sedimentos submarinos de un millón de años. mBio . 2021.0 0: e01150-21. Doi: 10.1128 / mBio.01150-21

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