Carl Woese y las Nuevas Perspectivas en la Evolución

Carl Woese y las Nuevas Perspectivas en la Evolución

Por :Michael Artime

Los científicos se sienten orgullosos cuando descubren nuevas especies o géneros biológicos, pero únicamente un biólogo molecular, Carl Woese, tiene el honor de haber descubierto un dominio entero de formas de vida, las archaea.

Por: David Morrison

Los científicos se sienten orgullosos cuando descubren nuevas especies o géneros biológicos, pero únicamente un biólogo molecular, Carl Woese, tiene el honor de haber descubierto un dominio entero de formas de vida, las archaea.

Este descubrimiento, y las herramientas de biología molecular que lo hicieron posible, han revolucionado nuestra visión de la historia evolutiva. Este hombre es Carl Woese, de la Universidad de Illinous, quien este año ha recibido el Premio Crafoord. Este galardón es una especie de “Nóbel flotante”, presentado anualmente por el Rey de Suecia a un científico que merece un premio Nóbel, pero cuyo trabajo no encaja en ninguna de las categorías del más prestigioso de los premios. Woese es miembro de la Academia Nacional de Ciencias, y ha recibido con anterioridad el Premio “genio” Macarthur y la Medalla Nacional de Ciencia, entre otras muchas distinciones.

Quizás más que ningún otro científico, Carl Woese ha hecho que centremos nuestra atención sobre el invisible pero influyente mundo microbiológico, un reino que se extiende mucho más allá de las bacterias patógenas estudiadas por la ciencia médica. Naturalmente, la mayoría de los biólogos tienen que vérselas con criaturas más grandes, las cuales se agrupan en los famosos tres “reinos” de plantas, animales y hongos. Allá por el año 1970, era bastante usual pensar en términos de dos reinos microbiológicos adicionales, los procariotas - o bacterias - (células simples sin estructura foraminífera interna), y los eucariotas (incluyendo a sus parientes protistas, tales como amebas y paramecios), que poseen núcleo y otros componentes celulares internos. A efectos prácticos, para distinguir a los procariotas de los eucariotas se utilizaban técnicas de tintado en el laboratorio, ya que sus paredes celulares tienen una estructura química diferente.

La tecnología emergente de la biología molecular (que nos ha conducido hasta el genoma actual) permite observar de un modo diferente los fundamentos de la vida. Toda la vida en la Tierra, en cada uno de estos cinco reinos, está basada en la misma bioquímica. Todas las formas de vida utilizan el mismo código genético almacenado en forma de largas cadenas de ácidos nucleicos de ADN y ARN. La gran variedad de formas de vida indica que hay diferencias en las secuencias de pares de bases en el ADN y ARN. Desde esta perspectiva, los científicos quieren encontrar una forma de clasificación biológica basada en las secuencias genéticas en vez de en la apariencia exterior – es decir, quieren lograr una taxonomía molecular.

Tras una gran labor experimental, Woese se centró en un conjunto de información genética en particular descubierto en el así llamado 'ARN mitocondrial 16s'. Esta secuencia de código genético aparece en el genoma de todos los seres vivos. Es una secuencia perfectamente conservada, lo cual significa que ha evolucionado muy lentamente, por lo que puede ser utilizada para rastrear los cambios evolutivos sucedidos a lo largo de períodos de tiempo muy largos. Y quizás lo más importante, es una secuencia que podemos medir en el laboratorio.

La forma más útil de visualizar las diferencias en el mARN 16s entre los diferentes organismos es mostrarlos gráficamente en el “árbol filogenético molecular de la vida” o “árbol universal de la vida”, como ha sido llamado algunas veces. En este dibujo, la distancia entre dos especies cualesquiera, trazada a lo largo de las líneas que las conectan, es proporcional a las diferencias entre su ARN mitocondrial. Las especies con secuencias prácticamente idénticas están presumiblemente relacionadas y son representadas en el gráfico unas cerca de las otras. Aquellas que están ampliamente separadas, son parientes más lejanos, y cuando se combina cierta cantidad de datos es posible inferir linajes – para estimar las relaciones entre especies y para determinar cuando una línea diverge a partir de otra. Cuando se emplea este método con nuestras familiares plantas y animales, estos trazos en el “árbol de la vida” son muy similares a los de los árboles evolutivos deducidos de la anatomía estructural. Pero la gran sorpresa llegó cuando se aplicó esta técnica al mundo microbiológico.

En una publicación de 1977 compartida con su colega Ralph Wolff, Woese mostró que un grupo de microbios previamente poco conocidos, llamados arqueobacterias, estaban en realidad mucho más emparentados con el género eucaria que con el resto de bacterias auténticas. Trazando su posición en el árbol de la vida, estos obscuros microbios ocupan un espacio muy grande, distinto de aquel que ocupan tanto las eucarias como las bacterias. Basándose en estos descubrimientos, Woese propuso en 1990 la división, aceptada hoy en día, de las formas de vida en un trabajo titulado “Hacia un sistema natural de organismos: Propuesta de los dominios Archaea, Bacteria y Eucaria”. A pesar de su nombre, el dominio archaea no es más antiguo que el de la bacteria. Aunque se trata de un linaje ancestral, en el que muchos de sus miembros evitan el oxígeno (son anaeróbicos) y buscan las altas temperaturas (son termófilos).

El árbol de la vida que desarrollaron Woese y sus colaboradores merece un estudio cuidadoso por parte de los astrobiólogos, ya que nos cuenta un par de cosas sorprendentes. La amplitud en la separación entre las diversas especies mircobiológicas, que es aproximadamente proporcional al paso del tiempo, nos muestra el tremendo alcance del cambio evolutivo que ha tenido lugar dentro del mundo microbiológico. En contra de las ideas de la biología convencional, la vida en la Tierra no permanece inactiva durante los 3.000 millones de años que precedieron al boom evolutivo que supuso la “explosión Cámbrica”, hace 600 millones de años. La gran diversidad fisiológica que asociamos a las plantas y los animales representan apenas un pequeño cambio si lo medimos en función a estas secuencias de ARN. De hecho, los tres reinos de plantas, animales y hongos están confinados en unas pocas ramitas circundantes del gran árbol de la vida microbiológica.

Una mirada al nuevo árbol de la vida debería evitar que catalogásemos de primitivas a cualquiera de estos microbios. Todas las especies vivas hoy en día han seguido una larga trayectoria evolutiva a partir de esos primigenios ancestros comunes.

A pesar de que el árbol de la vida puede aportar nuevas y ricas percepciones acerca de la evolución, es importante recordar que solo nos muestra las relaciones genéticas entre especies existentes hoy en día. No hay especies extinguidas en este árbol de la vida, ya que no podemos extraer cadenas de mARN 16s de los fósiles. Por ello, a pesar de las semejanzas en la presentación, este no es un árbol evolutivo a la manera tradicional en el que se muestra nuestra descendencia partiendo de especies anteriores. Gracias a este árbol podemos aprender quienes son nuestros parientes, pero no necesariamente como hemos llegado al punto en que nos encontramos en la actualidad. Este árbol es pues, complementario al tradicional, en el que se muestran los linajes evolutivos que se derivan de los fósiles.

El trabajo de pionero efectuado por Woese y sus colaboradores, está recibiendo información adicional partiendo de otras formas con las que comparar los genomas de especies diferentes. La revolución en la teconología genómica permite ahora secuenciar y comparar otras secciones, tanto de ADN como de ARN. Cada una de estas técnicas está produciendo su propio árbol de la vida, generalmente muy parecido al basado en el mARN 16s, pero no idéntico. De hecho, hemos alcanzado un nivel que nos permite comparar genomas completos.

Woese continúa trabajando en los laboratorios de microbiología de la Universidad de Illinois, en Champaign-Urbana. En 1996 tomó parte en el equipo que secuenció el genoma de la primera archaea, y gran parte de su trabajo actual está relacionado con los esfuerzos encaminados a definir el “último ancestro común”, si es que realmente hubo tal cosa. En la actualidad Woese se autodefine como un biolólogo evolutivo. El objetivo final de la taxonomía (la clasificación de los organismos y sus relaciones de parentesco) es lograr un mayor entendimiento de los procesos evolutivos a través de los cuales la vida se ha expandido durante los últimos 4.000 millones de años hasta crear nuestro actual mundo viviente.

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