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Tecnología

Microbios dejan de evolucionar


Más allá de las aplicaciones potenciales, los resultados de este estudio podrían tener implicaciones de gran alcance y cambiar la forma en que los científicos piensan sobre la genética microbiana y el ritmo de su evolución.

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Microbios que se alimentan de reacciones químicas desencadenadas por la radiactividad, han estado en un punto muerto evolutivo durante millones de años.

El descubrimiento, liderado por el Laboratorio Bigelow de Ciencias Oceánicas, podría tener implicaciones significativas para las aplicaciones de la biotecnología y la comprensión científica de la evolución microbiana.

“Este descubrimiento muestra que debemos tener cuidado al hacer suposiciones sobre la velocidad de la evolución y cómo interpretamos el árbol de la vida”, dijo en un comunicado Eric Becraft, autor principal del artículo. “Es posible que algunos organismos entren en un sprint evolutivo completo, mientras que otros se ralentizan, desafiando el establecimiento de líneas de tiempo moleculares confiables”.

Becraft, ahora profesor asistente de biología en la Universidad del Norte de Alabama, completó la investigación como parte de su trabajo postdoctoral en el Laboratorio Bigelow y la publicó en el ISME Journal del grupo editorial Nature.

El microbio, Candidatus Desulforudis audaxviator, fue descubierto por primera vez en 2008 por un equipo de científicos dirigido por Tullis Onstott, coautor del nuevo estudio. Encontrados en una mina de oro sudafricana a casi dos millas debajo de la superficie de la Tierra, los microbios adquieren la energía que necesitan a partir de reacciones químicas causadas por la desintegración radiactiva natural de los minerales. Habitan en cavidades llenas de agua dentro de las rocas en un ecosistema completamente independiente, libre de la dependencia de la luz solar o de cualquier otro organismo.

Debido a su biología y aislamiento únicos, los autores del nuevo estudio querían comprender cómo evolucionaron los microbios. Buscaron otras muestras ambientales de las profundidades subterráneas y descubrieron Candidatus Desulforudis audaxviator en Siberia y California, así como en varias minas adicionales en Sudáfrica. Dado que cada entorno era químicamente diferente, estos descubrimientos dieron a los investigadores una oportunidad única de buscar las diferencias que han surgido entre las poblaciones durante sus millones de años de evolución.

“Queríamos usar esa información para comprender cómo evolucionaron y qué tipo de condiciones ambientales conducen a qué tipo de adaptaciones genéticas”, dijo el científico investigador principal del laboratorio Bigelow, Ramunas Stepanauskas, autor correspondiente del artículo y asesor postdoctoral de Becraft. “Pensamos en los microbios como si fueran habitantes de islas aisladas, como los pinzones que Darwin estudió en las Galápagos”.

Utilizando herramientas avanzadas que permiten a los científicos leer los planos genéticos de células individuales, los investigadores examinaron los genomas de 126 microbios obtenidos de tres continentes. Sorprendentemente, todos resultaron ser casi idénticos.

“Fue impactante”, dijo Stepanauskas. “Tenían el mismo maquillaje, así que empezamos a rascarnos la cabeza”.

Los científicos no encontraron evidencia de que los microbios puedan viajar largas distancias, sobrevivir en la superficie o vivir mucho tiempo en presencia de oxígeno. Entonces, una vez que los investigadores determinaron que no había posibilidad de que las muestras estuvieran contaminadas durante la investigación, las explicaciones plausibles disminuyeron.

“La mejor explicación que tenemos en este momento es que estos microbios no cambiaron mucho desde que sus ubicaciones físicas se separaron durante la ruptura del supercontinente Pangea, hace unos 175 millones de años”, dijo Stepanauskas. “Parecen ser fósiles vivientes de esos días. Eso suena bastante loco y va en contra de la comprensión contemporánea de la evolución microbiana”.

Lo que esto significa para el ritmo de la evolución microbiana, que a menudo ocurre a un ritmo mucho más acelerado, es sorprendente. Se ha descubierto que muchas bacterias bien estudiadas, como E. coli, evolucionan en solo unos pocos años en respuesta a cambios ambientales, como la exposición a antibióticos.

Stepanauskas y sus colegas plantean la hipótesis de que la evolución estancada que descubrieron se debe a las poderosas protecciones del microbio contra la mutación, que esencialmente han bloqueado su código genético. Si los investigadores están en lo cierto, esta sería una característica poco común con beneficios potencialmente valiosos.

Las enzimas microbianas que crean copias de moléculas de ADN, llamadas ADN polimerasas, se utilizan ampliamente en biotecnología. Las enzimas con alta fidelidad, o la capacidad de recrearse a sí mismas con pequeñas diferencias entre la copia y el original, son especialmente valiosas.

“Existe una gran demanda de ADN polimerasas que no cometan muchos errores”, dijo Stepanauskas. “Estas enzimas pueden ser útiles para la secuenciación de ADN, pruebas de diagnóstico y terapia génica”.

Más allá de las aplicaciones potenciales, los resultados de este estudio podrían tener implicaciones de gran alcance y cambiar la forma en que los científicos piensan sobre la genética microbiana y el ritmo de su evolución.

“Estos hallazgos son un poderoso recordatorio de que las diversas ramas microbianas que observamos en el árbol de la vida pueden diferir enormemente en el tiempo transcurrido desde su último ancestro común”, dijo Becraft. “Comprender esto es fundamental para comprender la historia de la vida en la Tierra”.

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