Esa es la conclusión de un estudio liderado por científicos de las universidades de California en Santa Bárbara (Estados Unidos) y McGill (Canadá), y publicado este miércoles en la revista ‘Nature’.

La Tierra exhibe una deslumbrante variedad de formas de vida desde las montañas más altas hasta las profundidades del océano y el desierto más árido hasta la selva más exuberante. Los eucariotas representan muchas de estas formas de vida, incluyendo casi toda la vida multicelular que puede observarse en el paisaje.

Pero los científicos aún están reconstruyendo con exactitud cómo este dominio de la vida evolucionó a partir de predecesores más simples. El nuevo estudio arroja algo de luz sobre cómo eran las primeras formas de vida complejas, dónde vivían y cómo funcionaban.

"Descubrimos que los eucariotas más antiguos que hemos visto hasta ahora ya necesitaban oxígeno en cierta medida", según Leigh Anne Riedman, paleontóloga de la Universidad de California en Santa Bárbara, quien añade: "Y pudimos determinar que vivían en el fondo marino o en sus inmediaciones por la forma en que se distribuían en las muestras".

El estudio refuta ciertas suposiciones arraigadas sobre los primeros eucariotas, al tiempo que corrobora otras. Por ejemplo, parece que probablemente adquirieron mitocondrias tempranamente, como muchos científicos creían, pero es probable que no se desplazaran a la columna de agua hasta mucho más tarde de lo esperado.

DIVISIONES DE LA VIDA

El reino suele considerarse la máxima categoría para clasificar la vida. Distinciones como animal, planta y hongo se sitúan en este nivel. Sin embargo, la biología es más compleja que las etiquetas que se ponen para clasificar el mundo vivo.

Animales, plantas y hongos forman parte de un grupo mayor llamado Eukarya, al igual que otras formas de vida con características como mitocondrias, orgánulos rodeados de membrana y genes encerrados en un núcleo. Comprender cómo surgió y se diversificó este grupo es fundamental para entender cómo el mundo llegó a ser como es.

A principios de la década de 2000, la mayoría de los científicos asumían que estos organismos microscópicos (y en su mayoría unicelulares) probablemente vivían en la columna de agua, ya que se parecían mucho al plancton moderno.

"También existía la creencia generalizada de que todos estos eucariotas primitivos respiraban oxígeno y tenían mitocondrias", apunta Susannah Porter, profesora del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de California en Santa Bárbara, quien agrega: "Publicamos un par de artículos diciendo: 'Oigan, no tan rápido. Podríamos estar ante organismos anteriores a estas características'".

EMPAREJAR ORGANISMOS

Para el nuevo estudio, Riedman, Porter y sus colegas quisieron determinar si estos primeros eucariotas utilizaban o no oxígeno para producir energía, es decir, si realizaban respiración aeróbica o anaeróbica. Para ello, emplearon sedimentología y geoquímica para determinar dónde vivían estos organismos y cuáles eran los niveles de oxígeno en esos entornos.

El equipo se centró en los depósitos de las cuencas de McArthur y Birrindudu del Territorio del Norte de Australia, que albergan los fósiles de eucariotas más antiguos bien aceptados. Hoy en día, esta región abarca desde el interior y la sabana hasta los ‘billabongs’ (estanques aislados con forma de media luna) y bosques del Parque Nacional Kakadu, pero hace entre 1.750 y 1.400 millones de años era un mar interior poco profundo repleto de lagunas, marismas y aguas costeras tranquilas.

El oxígeno comenzó a acumularse en el océano en ese momento, pero aún tenía una distribución irregular. Las concentraciones atmosféricas eran de un 1% o menos de los niveles actuales. “No habríamos podido respirar”, indica Porter.

Riedman preparó y clasificó microfósiles a partir de muestras de perforación, identificando los eucariotas presentes en las asociaciones. Mientras tanto, Max Lechte y Galen Halverson, de la Universidad McGill, caracterizaron los ambientes preservados en las capas de roca según el tipo de sedimento. Esto permitió al equipo relacionar los taxones con cuatro ambientes: lagunas, zonas intermareales, regiones costeras y aguas oceánicas.

El equipo analizó los minerales presentes en el material circundante para determinar la cantidad de oxígeno en cada entorno. Las distintas concentraciones de oxígeno en el agua influyen en la formación de ciertos minerales. Por ejemplo, la presencia de pirita de hierro (FeS2) indica que no había oxígeno que, de otro modo, hubiera transformado el azufre en SO3 y SO4. Las concentraciones de otros elementos metálicos en la roca, como el vanadio, el molibdeno y el uranio, también aportaron información sobre las concentraciones de oxígeno en la antigüedad.

La combinación de taxonomía, sedimentología y mineralogía permitió a los autores comprender cómo variaban los niveles de oxígeno y los habitantes de estos entornos a lo largo del tiempo y el espacio. Descubrieron que estos eucariotas antiguos aparecían casi exclusivamente en rocas formadas a partir de ambientes oxigenados del fondo marino, no solo en aguas poco profundas, sino también en alta mar, siempre que hubiera oxígeno.

Esta correlación implica que los eucariotas antiguos probablemente requerían oxígeno durante al menos parte de su ciclo vital. La solidez de esta asociación sugiere que estos organismos vivían en el propio lecho marino. Si hubieran estado presentes en la superficie oxigenada, sus restos también se habrían depositado en los sedimentos anóxicos del fondo marino.

CUNA DE LA VIDA

Los autores esperaban encontrar eucariotas en todos los mares antiguos. “Lo que me sorprende es lo restringido que estaba el hábitat de los eucariotas en aquella época. El agua superficial parece un lugar obvio para vivir, sobre todo si necesitan oxígeno; hay mucho oxígeno en la superficie”, recalca Porter.

Riedman y Porter sospechan que los eucariotas evolucionaron primero en el fondo marino y que quizás aún no existía la presión para que se desplazaran hacia la columna de agua, ni se habían dado las condiciones necesarias para que se produjera el cambio.

La restricción geográfica también podría explicar un patrón desconcertante: los eucariotas no fueron ni abundantes ni diversos durante casi 1.000 millones de años después de que la evidencia genética y fósil sugiriera su aparición. Esto tendría sentido si habitaban un entorno muy limitado. “Los fósiles de 800 millones de años y los de 1.700 millones de años son, en su mayor parte, los mismos", explican.

Pero las temperaturas de la superficie terrestre cayeron en picado hace unos 720 millones de años, dando paso al período Criogénico, también conocido como la Tierra Bola de Nieve. Entonces, las capas de hielo se extendieron desde los polos hasta el ecuador.

Según los autores, estas condiciones extremas habrían provocado extinciones masivas, lo que habría liberado nichos ecológicos previamente ocupados a medida que el planeta emergía de su gran glaciación hace 635 millones de años. De hecho, el periodo Ediacárico que siguió marca el surgimiento de la primera vida compleja y multicelular, toda ella eucariota.

ADQUISICIÓN TEMPRANA

La distribución de los fósiles también sugiere que los eucariotas probablemente adquirieron mitocondrias muy tempranamente. Estos orgánulos especializados en la generación de energía son característicos de todos los eucariotas actuales y la teoría principal postula que se desarrollaron a partir de bacterias de vida libre que se incorporaron a una célula huésped eucariota ancestral.

De hecho, vivir en el fondo marino habría puesto a los eucariotas ancestrales en estrecha proximidad con otros organismos, lo que habría facilitado esta asimilación.

Algunos científicos plantean la hipótesis de que las mitocondrias permitieron a los eucariotas desarrollar una morfología tan compleja, que los fósiles de las cuencas de McArthur y Birrindudu exhiben incluso hace 1.750 millones de años.

Si bien la diversidad de los primeros eucariotas era baja en términos absolutos, es mayor de lo que los científicos esperarían si el grupo estuviera recién comenzando. "Aunque estos son los fósiles de eucariotas más antiguos descritos hasta ahora, la diversidad y variedad de formas alcanzadas en este punto sugieren que tienen una historia más antigua", recalca Porter.