Incluso los fósiles de eucariotas más antiguos muestran una diversidad y complejidad asombrosas

El sol se ha puesto sobre el barro tranquilo del Territorio del Norte de Australia; Se reiniciará en otras 19 horas. La luna joven se cierne sobre el paisaje desolado. Ningún animal corre en la penumbra. Ninguna hoja susurra con la brisa. Ningún líquenes cubre la roca expuesta. El único indicio de vida son algunos charcos y algo de suciedad en los estanques. Y en él vivía la diversa comunidad microbiana de nuestros ancestros antiguos.

En un nuevo relato de microfósiles exquisitamente conservados, investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara y la Universidad McGill revelan que los organismos eucariotas evolucionaron en diversas formas hace 1.640 millones de años. Revista, publicada en la revista. Artículos de paleontología, describe la composición de los fósiles eucariotas en las primeras etapas de la historia evolutiva del grupo. Los autores describen cuatro nuevos taxones, junto con evidencia de varios rasgos avanzados ya presentes en estos primeros eucariotas.

«Estos se encuentran entre los eucariotas más antiguos jamás descubiertos», explicó la autora principal Lee Anne Reidman, investigadora asistente en el Departamento de Ciencias de la Tierra de la UCSB. «Sin embargo, estamos viendo mucha diversidad en estos primeros registros».

Los eukarya forman uno de los dominios de la vida más importantes, que abarca los clados de plantas, animales y hongos, así como todos los demás grupos que tienen un núcleo rodeado de membranas, como los protistas y las algas marinas. Muchos científicos pensaron que los primeros eucariotas eran similares a finales del Paleoproterozoico y que la diversificación tuvo lugar hace unos 800 millones de años. Pero Rydman y sus coautores encontraron fósiles de personajes deliciosamente diversos y complejos en rocas de casi el doble de antigüedad.

Los científicos sabían por estudios anteriores que los eucariotas habían evolucionado durante este tiempo, pero no se comprendía bien su diversidad durante esta era. Entonces Rydman se mudó al extranjero a fines de 2019. En una semana, recogieron alrededor de 430 muestras de ocho núcleos perforados por la empresa de prospección; Ahora residen en la biblioteca del Servicio Geológico de Uttar Pradesh. Los dos núcleos utilizados para este estudio abarcan aproximadamente 500 metros de estratigrafía, o 133 millones de años, con unos 15 millones de años de deposición significativa.

Rydman regresó a los Estados Unidos con conchas y lutitas, restos de un antiguo ecosistema costero que alterna entre marismas submareales poco profundas y lagunas costeras. Una inmersión en ácido fluorhídrico disolvió la roca matriz, concentrando los preciosos microfósiles, que luego analizó bajo un microscopio.

«Esperábamos encontrar especies con propiedades interesantes y diferentes para sus paredes celulares», dijo Rydman. Esperaba que estas características arrojaran luz sobre lo que estaba sucediendo en las células durante este período. Sin embargo, llegar a conclusiones sobre el interior celular requiere más investigación, ya que los fósiles conservan sólo el exterior de las células.

Los investigadores quedaron asombrados por la diversidad y complejidad conservadas en estos fósiles. Registraron 26 taxones, incluidas 10 especies no descritas anteriormente. El equipo encontró evidencia indirecta de citoesqueletos, así como estructuras laminares que indican la presencia de vesículas internas formadas por placas, quizás ancestros de los cuerpos de Golgi presentes en las células eucariotas modernas. Otros microorganismos tienen paredes celulares formadas por fibras unidas, lo que indica la presencia de un citoesqueleto complejo.

Los autores también encontraron celdas con una pequeña trampilla, prueba de cierto grado de sofisticación. Algunos microorganismos pueden formar quistes para esperar a que pasen las condiciones ambientales desfavorables. Para emerger, pueden tallar una abertura en su caparazón protector. Hacer esta puerta es un proceso especial.

«Si vas a producir una enzima que disuelva la pared celular, debes tener mucho cuidado con la forma en que usas esa enzima», dijo Rydman. «Así que en los primeros registros de eucariotas, estamos viendo niveles impresionantes de complejidad».

Mucha gente en el campo pensó que esta capacidad surgió más tarde, y la evidencia de esta combinación subraya cuán diversos y avanzados eran los eucariotas en esta etapa temprana. «Siempre se ha asumido que fue entonces cuando aparecieron los eucariotas. Y ahora creemos que la gente no ha descubierto las rocas más antiguas», dijo la coautora Susanna Porter, profesora de ciencias de la tierra en la Universidad de California en Santa Bárbara.

Este artículo es parte de un proyecto más amplio que investiga la evolución temprana de los eucariotas. Rydman y Porter quieren saber en qué entornos se diversificaron los primeros eucariotas, por qué estaban allí, cuándo migraron a otros lugares y qué adaptaciones necesitaron para llenar esos nuevos nichos.

Gran parte de este esfuerzo implica comprender cuándo surgieron por primera vez las diferentes características de los eucariotas. Por ejemplo, los autores están muy interesados ​​en saber si estos organismos están adaptados a ambientes oxigenados o anóxicos. El primero sugiere que tienen un metabolismo aeróbico y posiblemente mitocondrias. Cada eucariota moderno encontrado desciende de un ancestro que tenía mitocondrias. Esto sugiere que los eucariotas adquirieron el orgánulo muy temprano y les proporcionó una ventaja significativa.

Rydman y Porter están trabajando en una nueva explicación de la diversidad de eucariotas en el presente. Coleccionó especímenes aún más antiguos de Australia Occidental y Minnesota. Mientras tanto, sus colaboradores geoquímicos en McGill están liderando estudios sobre los niveles de oxígeno y los hábitats preferidos de los eucariotas, factores que pueden arrojar luz sobre su evolución.

«Estos resultados son una dirección para buscar material más antiguo, eucariotas más antiguos, porque este no es el comienzo de los eucariotas en la Tierra», dijo Rydman.