Las primeras formas de vida probablemente tenían metabolismos que transformaron la Tierra primordial, como iniciar el ciclo del carbono y producir la mayor parte del oxígeno del planeta a través de la fotosíntesis. Hace unos 3.500 millones de años, la Tierra parece haber estado ya cubierta por océanos líquidos, pero el sol en ese momento no era lo suficientemente brillante o cálido como para derretir el hielo. Para explicar cómo los océanos permanecieron descongelados, Se ha sugerido que los gases de efecto invernadero como el metano produjeron un calentamiento en la atmósfera temprana, tal como lo hacen hoy en día con el calentamiento global.

El metano natural es producido principalmente por un grupo de microbios, arqueas metanogénicas, a través de un metabolismo llamado metanogénesis. Si bien existe alguna evidencia a partir de datos de isótopos de carbono de que las fuentes de metano de hasta 3.500 millones de años pueden haber sido de origen biológico, hasta ahora no ha habido evidencia sólida de que los microbios productores de metano existieran lo suficientemente temprano en la historia de la Tierra como para ser responsables de mantener la Tierra primitiva calentada.

Ahora, en un artículo publicado en la revista Ecología y evolución de la naturaleza , Jo Wolfe, un postdoctorado en el Departamento de la Tierra, Ciencias Atmosféricas y Planetarias (EAPS) en MIT, y Gregory Fournier, un profesor asistente en EAPS, informan de un nuevo trabajo que combina datos de transferencia horizontal de genes con el registro fósil microbiano que les permitió estimar las edades absolutas de los microbios productores de metano en la línea de tiempo geológica.

La paleontología se encuentra con la genética

Wolfe es un paleontólogo que se especializa en cómo se relacionan las especies fósiles y animales vivos en el árbol de la vida. Fournier se especializa en explorar cómo se pueden utilizar los genomas de organismos vivos para estudiar la evolución temprana de los microbios. Resolver este rompecabezas requirió ambas áreas de experiencia.

"Rastrear evidencia química sugiere que el metano y los microbios que lo produjeron podrían haber estado presentes, pero no sabíamos si las arqueas metogénicas estaban realmente presentes en ese momento, "Dice Wolfe.

Para tender un puente entre los datos fósiles y genómicos, Wolfe y Fournier utilizaron genomas de microbios vivos que conservan un registro de su historia temprana. Se puede acceder a estas secuencias de ADN mediante análisis filogenético y comparar entre sí, los investigadores explican, para encontrar el mejor "árbol" ramificado que describa su evolución. Mientras uno trabaja a lo largo de este árbol, las ramas representan linajes de microbios cada vez más antiguos que existieron en la historia profunda de la Tierra. Los cambios a lo largo de estas ramas se pueden medir, produciendo un reloj molecular que calcula la tasa de evolución a lo largo de cada rama, y, a partir de ese, una estimación probabilística del tiempo relativo y absoluto de ancestros comunes dentro del árbol. Un reloj molecular requiere fósiles, sin embargo, que carecen de metanógenos.

Calibrando el árbol de la vida

Para resolver esta dificultad, Wolfe y Fournier aprovecharon las transferencias de genes horizontales, o intercambios de material genético entre los antepasados ​​de diferentes grupos de organismos. A diferencia de la transmisión vertical de ADN de padres a hijos, que es la forma en que se heredan la mayoría de los genes humanos, las transferencias horizontales pueden transmitir genes entre microorganismos relacionados lejanamente. Descubrieron que los genes fueron donados de un grupo dentro de las arqueas metanogénicas al antepasado de todas las cianobacterias fotosintéticas productoras de oxígeno. que tienen algunos fósiles. Usando las transferencias de genes y los fósiles de cianobacterias juntos, pudieron restringir y guiar el reloj molecular de los productores de metano, y descubrió que los microbios productores de metano tenían más de 3.500 millones de años, apoyando la hipótesis de que estos microbios podrían haber contribuido al calentamiento global temprano.

"Este es el primer estudio que combina transferencias de genes y fósiles para estimar las edades absolutas de los microbios en la línea de tiempo geológica, ", Dice Fournier." Conocer las edades de los grupos microbianos nos permite expandir este poderoso enfoque para estudiar otros eventos en la evolución planetaria y ambiental temprana, y eventualmente, para construir una escala de tiempo para el árbol de toda la vida ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.