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Borja TosarIgnacio CrespoJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetluca antepasado común vidaparálogos presentes en lucaárbol del gen a bacterias arqueasárboles filogenéticos convergiendo paralelomarcas especiación árbol filogenéticoárboles filogenéticos marca de tiempoedad del uca moody colaboradorestierra formación hace 4540 millonesluca límite árboles filogenéticosherencia de luca elementos más antiguosparálogos de luca duplicación pre-lucadiferencias parálogos luca territorio pre-lucaLucaJuan Carlos GilMoodygen AOparínIgnacio CrespoFrancis Villatoro4.000 millones de añosHéctorADNTierra4.200 millones de años4.540 millones de añosÚltimo Antepasado Común Universal (UCA)Héctor Socaspanel AParálogos UniversalesATP sintasa
Luca límite Árboles filogenéticos
Con
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Juan Carlos Gil explica que aunque Luca representa el límite actual para reconstruir árboles filogenéticos, su herencia contiene elementos más antiguos que él mismo.
…la hemoglobina. Pero es que se estima que el 70% de los genes codificantes, no del ADN mal llamado basura, el 70 % de los genes codificantes forman parte de alguna familia de parálogos en el ser humano. O sea que no es realmente algo así lateral o rarísimo. Pues para datar a Luca, para enraizar el árbol de la vida, Moody y colaboradores utilizaron 5 pares de parálogos que ya estaban presentes en Luca y que fueron obviamente posteriormente heredados por las dos primerísimas grandes linajes de la evolución, bacterias y arqueas. Así que podemos reconstruir el árbol del gen A hacia atrás que llega al gen A de Luca por dos caminos, bacterias y arqueas, y lo mismo para el otro gen B. Con lo cual tenemos dos árboles filogenéticos convergiendo en paralelo y como todos han evolucionado en el mismo contexto, en ellos quedan marcas de acontecimientos de especiación, lo que nos van poniendo mojones en la carretera, marcas de tiempo Bueno, pues con esos árboles hacia atrás y esas marcas de tiempo somos capaces de extrapolar. Es lo que hicieron Moody en colaboradores y llegaron a estos sorprendentes 4.200 millones de años. No he repasado si este estudio se ha revisado porque a mí me explota la cabeza que la Tierra se formase hace 4.540; creo que es la cifra actual, y 340 millones de años después ya estuviese el UCA este que no era nada sencillo. Vale, por lo que os he contado, esta convergencia hacia Un antepasado común parecería que hasta ahí podemos llegar, ¿no? Si todo converge en Luca, no parece que podamos llegar antes a Luca, ¿no? Porque Luca es obviamente el límite de los árboles de especies que podemos reconstruir mediante inferencia filogenética. Nos quedamos sin método, ¿no? Bueno, pues no estemos tan seguros, porque efectivamente Luca es nuestro tátara, tátara abuelo, pero en su ajuar, en su herencia, nos dejó cosas más antiguas que él mismo. Él ya tenía parejas o familias de parálogos, si Luca ya atesoraba dos de estos manuscritos, obviamente la duplicación ocurrió antes de Luca. Así que comparando las diferencias que fueron acumulando estos parálogos ya presentes en Luca, nos podemos avistar ligeramente en territorio pre-Luca y es a esto. A lo que se llama Parálogos Universales y es más o menos de lo que va a hablar el artículo que aparece en este contexto titulado: Los parálogos universales ofrecen una ventana a la evolución anterior al último ancestro común universal. Se publicó en Cell…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil continúa explicando un trabajo de investigación de Moody y colaboradores publicado en 2024 sobre la reconstrucción del primer ancestro universal, Luca.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #11luca hace unos 4200 millones añosgenoma de luca 27 millones paresproteínas en el genoma de lucamembrana funcional en lucacódigo genético canónico de lucametabolismo anaerobio acetogénico lucaatp sintasa y gradiente protonesnucleótidos aminoácidos azúcares lucaquímica prebiótica origen vidaanálisis filogenético organismos genessecuencias adn aminoácidos relación directainferencia estadistica relaciones evolutivasestromatolitos hace 3500 millones años…que a su vez era de 2024 de Moody, donde Moody y otros colaboradores intentaban reconstruir cuándo vivió y cómo era el primer ancestro universal. Esto de ancestro universal significa que de ahí múltiples ramas evolucionaron y salieron todos los bichitos. todos los seres vivos que conocemos, incluidos nosotros, pero efectivamente habría otros con toda seguridad que no llegaron, su descendencia acabó extinguiéndose por distintos motivos y también había cosas antes que Luca y en eso se intenta adentrar lo que os voy a contar En ese trabajo de Moody en el 2024 databan a Luca en hace unos 4.200 millones de años con un genoma de 2,7 millones de pares que codificaba unas 2.700 proteínas, o sea que no, ya lo dije entonces, no era un bichito de andar por casa, era bastante complejo, tenía ya membrana funcional, tenía un genoma que con toda probabilidad era de ADN, un sistema de traducción a proteínas prácticamente completo con sus ribosomas, El código genético canónico, el de las cuatro Letras de hoy o la quinta en el ARN y las principales proteínas relacionadas, capacidad para sintetizar o al menos interconvertir nucleótidos, aminoácidos y azúcares y también tenía ATP sintasa, la que sirve para fabricar ATP y por tanto gradiente de protones de los que hablamos en el episodio anterior. Y bueno, se cree que tenía un metabolismo anaerobio acetogénico, que era capaz de metabolizar el ácido acético. O sea, la evolución ya había hecho bastantes cosas cuando llegó Luca, y a pesar de que fue 300 millones de años después de que esto fuese una bola de fuego, por simplificar, o sea, es fascinante lo rápido que surgió. Pero ¿qué había antes? Pues en general podemos acceder al origen de la vida de varias formas: estudios de química prebiótica, simulaciones, indicios geológicos, indicios geoquímicos y bueno, fósiles cuando ya los hay, que no es hasta muchísimo más tarde. Pero una herramienta que es especialmente útil y poderosa es el análisis filogenético, el conjunto de métodos que permite reconstruir relaciones evolutivas entre organismos, genes e incluso proteínas, normalmente comparando sus secuencias de ADN o también de aminoácidos, entre los que hay una relación bastante directa. Y cuando hablamos específicamente de inferencia filogenética, pues enfatizamos eso, la palabra inferencia, porque no se trata de observar a los organismos directamente ni al árbol, sino que inferimos estadísticamente a partir de sus descendientes actuales lo que pudo haber entonces. Insisto en que no hay fósiles, ¿vale? Los primeros fósiles son estromatolitos de hace 3.500 millones de años, estamos hablando de 800 millones de años antes. Bueno, pues este trabajo de Moody de 2024 utilizó unos genes muy particulares que son los genes parálogos, que os recuerdo rápidamente que son Imaginemos un organismo que tiene un gel cualquiera, llamémoslo gen A, y a lo largo de los millones de años, pues ese gen por error, típicamente por error, se duplica en…
Juan Carlos Gil explica que aunque Luca representa el límite actual para reconstruir árboles filogenéticos, su herencia contiene elementos más antiguos que él mismo.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1luca antepasado común vidaparálogos presentes en lucaárbol del gen a bacterias arqueasárboles filogenéticos convergiendo paralelomarcas especiación árbol filogenéticoárboles filogenéticos marca de tiempoedad del uca moody colaboradorestierra formación hace 4540 millonesluca límite árboles filogenéticosherencia de luca elementos más antiguosparálogos de luca duplicación pre-lucadiferencias parálogos luca territorio pre-luca…la hemoglobina. Pero es que se estima que el 70% de los genes codificantes, no del ADN mal llamado basura, el 70 % de los genes codificantes forman parte de alguna familia de parálogos en el ser humano. O sea que no es realmente algo así lateral o rarísimo. Pues para datar a Luca, para enraizar el árbol de la vida, Moody y colaboradores utilizaron 5 pares de parálogos que ya estaban presentes en Luca y que fueron obviamente posteriormente heredados por las dos primerísimas grandes linajes de la evolución, bacterias y arqueas. Así que podemos reconstruir el árbol del gen A hacia atrás que llega al gen A de Luca por dos caminos, bacterias y arqueas, y lo mismo para el otro gen B. Con lo cual tenemos dos árboles filogenéticos convergiendo en paralelo y como todos han evolucionado en el mismo contexto, en ellos quedan marcas de acontecimientos de especiación, lo que nos van poniendo mojones en la carretera, marcas de tiempo Bueno, pues con esos árboles hacia atrás y esas marcas de tiempo somos capaces de extrapolar. Es lo que hicieron Moody en colaboradores y llegaron a estos sorprendentes 4.200 millones de años. No he repasado si este estudio se ha revisado porque a mí me explota la cabeza que la Tierra se formase hace 4.540; creo que es la cifra actual, y 340 millones de años después ya estuviese el UCA este que no era nada sencillo. Vale, por lo que os he contado, esta convergencia hacia Un antepasado común parecería que hasta ahí podemos llegar, ¿no? Si todo converge en Luca, no parece que podamos llegar antes a Luca, ¿no? Porque Luca es obviamente el límite de los árboles de especies que podemos reconstruir mediante inferencia filogenética. Nos quedamos sin método, ¿no? Bueno, pues no estemos tan seguros, porque efectivamente Luca es nuestro tátara, tátara abuelo, pero en su ajuar, en su herencia, nos dejó cosas más antiguas que él mismo. Él ya tenía parejas o familias de parálogos, si Luca ya atesoraba dos de estos manuscritos, obviamente la duplicación ocurrió antes de Luca. Así que comparando las diferencias que fueron acumulando estos parálogos ya presentes en Luca, nos podemos avistar ligeramente en territorio pre-Luca y es a esto. A lo que se llama Parálogos Universales y es más o menos de lo que va a hablar el artículo que aparece en este contexto titulado: Los parálogos universales ofrecen una ventana a la evolución anterior al último ancestro común universal. Se publicó en Cell…
Juan Carlos Gil explica las razones por las cuales se ha identificado un bajo número de parálogos universales a pesar de su potencial para revelar información sobre la evolución temprana de la vida. Menciona dos problemas principales: la pérdida de genes y la divergencia de secuencia.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #16pérdida de genes lucadivergencia de secuencia proteínasproteínas homólogas evolución temprana…de trazar la pista a tan poquitos? Jolín, chicos, porque han pasado 4.000 millones de añazos y durante todo ese tiempo la señal se ha ido deteriorando. Afortunadamente, si no, no estaríamos hablando de ello; seríamos todavía Lucas en un charco templado. Los autores destacan tres problemas principales por los que esto ha ocurrido. Primero, la pérdida de genes. Claro, Lucas pudo tener A y B, pero si en muchas ramas evolutivas B acaba perdiéndose, cuando miramos ahora, pues no tenemos suficiente señal de B como para determinar que ya estaba presente en Luca. Segundo, lo que se llama divergencia de secuencia; claro, dos proteínas pudieron ser, han sido homólogas en el pasado, pero durante todo este tiempazo han ido evolucionando y ahora es que no hay forma ni de reconocer que viniesen de La misma y la tercera, súper chulo, la transferencia horizontal de genes, que es un mecanismo fascinante que no se suele contar en cursos de biología de introducción y que me gustaría tener eso en ella un pelín. Afecta sobre todo a bacterias y arqueas en los…
Juan Carlos Gil describe cómo la transferencia horizontal de genes complica la reconstrucción filogenética a lo largo de miles de millones de años, generando un 'emborronamiento' en el árbol genealógico.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #7árbol genealógico emborronamiento 4000 millonesparálogos universales reconstrucción ramitasproteínas actuales secuencia estadística gil…porque puede haber dos organismos que realmente sean muy alejados pero que en determinados genes nos parecen comunes, pero no porque fuesen parálogos hace muchísimo tiempo sino porque se los han transferido hace 20 minutos en términos evolutivos, ¿vale? Así que esto produce un emborronamiento del árbol genealógico que, claro, a lo largo de 4.000 millones de años ponte tú a buscar; ese es el problema. Bueno, a pesar de todo este lío hemos conseguido identificar algunos parálogos universales y reconstruir estas pequeñas ramitas que se internan ligeramente en territorio preluca. ¿Y qué hacemos con ellos? Pues comparando las proteínas actuales podemos inferir estadísticamente la secuencia. De aminoácidos que tenían aquellas proteínas ancestrales y a partir de ahí a su vez podemos predecir su estructura tridimensional o la alfa-fold, intentar determinar o inferir qué función podían hacer e incluso en algunos casos podemos sintetizar, porque en…
Juan Carlos Gil describe una figura del libro 'Parálogos Universales' que muestra un esquema simplificado de la historia evolutiva, destacando los linajes de bacterias (azul), arqueas (naranja) y eucariotas (morado).
Habla: Juan Carlos GilPalabras #17árbol filogenético bacterias arqueas eucariotasduplicación ideal genes bacterias arqueaspanel a esquema simplificado historia evolutivapreluca conservación copias genes…el cuadrito de arriba es un esquema ultra simplificado de la historia. Está desde el pasado abajo hacia los linajes actuales arriba. Si la muestras exacto, muchas gracias. Los colores son azules bacterias, naranja arqueas y morado eucariotas; es la página 5. Ahí está ese figurón. Tres paneles A, B y C, el árbol vertical que os decía, súper simplificado, y abajo todo el árbol filogenético completo que sustenta el esquema de arriba; basta con mirar arriba, decía: azul, bacterias; naranja, arqueas; morado, eucariotas. Bueno, pues el caso: el panel A vemos que es un caso limpio de duplicación ideal, preluca, se conservan las copias de los dos genes, tanto en bacterias como en arqueas y por eso arriba hay cuatro pegotones, están pintados en forma de triángulos, cuatro dos a dos en arqueas y bacterias y dos colores correspondientes. Es el patrón que estamos hablando del principio, pero claro, no siempre se conserva el patrón perfecto. En el caso B, que es una familia de metiltransferasas de la RN, también sugiere una duplicación anterior a la copia, pero una de las copias se perdió. Arriba solo hay tres pirámides, tres grupos de genes. Esta pérdida ocurrió muy pronto; se ve abajo en el…
Juan Carlos Gil explica la dificultad para detectar duplicaciones genéticas antiguas, tanto antes como después de Luca (Last Universal Common Ancestor), que se ocultan en nuestros genes.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #10duplicación genética pre lucaproteínas en luca moodyparálogos identificados por moodyfamilias de parálogos no siempre parejas…los que estoy viendo la figura no aparece nada naranja arriba a la derecha. Como os digo, la explicación más probable es una duplicación preluca y pérdida posterior de una de las copias. Esto indica que esto puede estar ocurriendo decenas de miles de veces. Es muy posible que hubo duplicación, Luca; post Luca y también pre Luca escondidas ahí en nuestros genes, que con cosas como estas no somos capaces de ver. De hecho, Moody estimaba esas 2700 proteínas en Luca, que os contaba antes, pero solo podía identificar con alta verosimilitud 400 familias: 400 familias de parálogos. Digo familias a veces porque no son siempre parejas, pueden ser tríos e incluso Más, y el panel C... Perdona un momento Juan Carlos porque estoy viendo en el chat que hay quien pregunta si puedes repetir el concepto de lo que son parálogos. Porque es un concepto que es muy importante aquí, que lo está usando mucho en la explicación y…
Juan Carlos Gil resume la información sobre la herencia de Luca y explica cómo los autores esperan encontrar más rastros preluca en el futuro gracias a nuevos genomas y métodos filogenéticos.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #13rastros preluca nuevos genomasmétodos filogenéticos linajes ocultosanálisis microorganismos ramas poco muestreadasparentescos luca nueva búsqueda…se extinguió, pero uno de sus genes pudo sobrevivir. Es como si en el ajuar, como si en la herencia de Luca, una rama de otra familia hubiera donado algún elemento para la herencia, un linaje antiguo que después desapareció y solo ha quedado ahí un anillo. Como parte de la herencia de otra familia, bueno pues este es el resumen de lo que había y a partir de aquí los autores miran hacia el futuro. Con toda probabilidad, argumentan: vamos a tener, hay mogollón de rastros preluca que quedan por descubrir y como tenemos dos cosas que nos van a permitir descubrirlos en los próximos años. Primero, mucho más genomas. Estamos haciendo ahora análisis de muchísimas ramas de microorganismos, incluso estaños, que estaban poco muestreadas. Y mejores, además, métodos filogenéticos. Esto permitirá que surjan copias raras que sobrevivieron en pocos linajes, de los cuales hay poca señal, que están ocultos en el ruido y que con estas herramientas aflorarán. Y es que además podemos buscar parentescos de otra manera. ¿recordáis uno de los problemas que también mencioné? Que era la divergencia de secuencia, donde al evolucionar van modificándose y es difícil reconocernas Bueno, pues resulta que la propia secuencia de aminoácidos en la proteína es más robusta, se suele…
Juan Carlos Gil explica que los parálogos universales no permiten rastrear el origen químico de la vida hasta los coacervados de Oparín, sino que se limitan al código genético, pero sí ayudan a extender la filogenia más allá de Luca.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #18coacervados de opari n origen vidafilogenia más allá de lucaparálogos universales código genéticomaquinaria molecular con historia evolutivaartículo aclara historia evolutiva lucaluca horizonte sucesos filogeniaparálogos universales oscilaciones acústicasgenes duplicados luca señal retrocederhuella historia antes de lucaestudio reciente juan carlos gildefinición histórica luca ancestro comúnluca último ancestro universalluca ancestro común universaltransferencia horizontal de genes crespoespeculaciones origen vida multipleluca metabolismo complejo autorreplicableintercambio horizontal genes orígenes indistinguiblesfumarolas hidrotermales fondo oceánicoalcalinas cavidades frontera espaciogenes parálogos funciones celulareslínea filogenética único origencélula antes de luca…Obviamente, no podemos ir para atrás hasta los 4.540 millones de años, hay una frontera y es la existencia del propio código genético. Si no hay código genético no hay nada que heredar que haya llegado hasta nuestros días y por tanto no hay nada donde mirar. Además, os decía: las pérdidas pueden haber borrado estos indicios y demás. Así que estos parálogos universales no nos llevan hasta el origen químico, si queréis, de la vida. Hasta los coacervados de Oparín, ¿no es así? Se queda en el código genético, claro, pero sí nos permite empujar la filogenia un poquito más allá de Luca y eso ha sido brutal. Concluyendo, ¿por qué me ha parecido importante lo que cuenta este artículo? Héctor, como te decía, porque demuestra o aclara o deja claro que Luca no es el principio de la vida. Cuando apareció ya había una maquinaria molecular que llevaba una razonablemente larga historia evolutiva a sus espaldas. A menudo se Piensa en Luca como una especie de horizonte de sucesos: más allá del cual la filogenia no puede decirnos nada. Una especie de fondo cósmico de microondas para la cosmología. Pero ocurre eso, algunos genes ya estaban duplicados en Luca y podemos tirar un poquito la señal hacia atrás. Y estos parálogos universales vienen a ser una especie de oscilaciones acústicas de variones, que no nos permiten observar lo que hay detrás del horizonte, pero sí que conservan una huella de lo que ocurrió antes de él. No tenemos fósiles anteriores a Luca, pero quizá conservemos fragmentos de su historia en todas las vidas, en todas las formas de vida actual, incluso en nosotros mismos. A mí, bueno, me parece flipante. Y hasta aquí lo que os quería contar. Bueno, pues muchas gracias Juan Carlos. No sé si hay comentarios o qué, porque tenemos que ir yendo un poco rapidito, pero... Sí, voy a hacer un comentario rápido porque me parece muy interesante este estudio y por muchos motivos. Aparte de los que has dicho, hay otro que creo que es importante, que igual lo has dicho y me he despistado, pero históricamente, ¿qué es Luca? ¿Cómo entendemos esa frontera exactamente? ¿Qué podemos sacar de ella y qué no? ¿Y qué podemos deducir que había antes? Porque has comentado lo de la transferencia horizontal de genes. Muy importante tener en cuenta que ha habido especulaciones sobre que la vida puede haber aparecido no una sino tal vez dos veces, pero que en estadios muy iniciales hubiera un intercambio horizontal de genes que hiciera que fueran indistinguibles esos orígenes. Y hay también especulaciones sobre, oye, Luca tal vez como concepto, ¿no? Aquella frontera de la que estamos hablando, que ahora vemos que podemos ver más allá, podía ser no una célula, no un sistema vivo como entendemos ahora, sino un metabolismo complejo, autorreplicable, que se encontraba en fumarolas hidrotermales, en el fondo de los océanos, en las alcalinas, que tienen como cavidades pequeñitas que pueden hacer también de frontera con el espacio. O sea, había muchas preguntas ahí no tan antiguas abiertas y este tipo de estudios nos da buenas pistas porque si realmente estos genes parálogos nos dicen esas funciones que estás comentando apuntan a que bueno al menos durante un tiempo previo a esa frontera sí que hablamos de una única línea filogenética por decirlo así un único origen y que ya había una célula como tal. Entonces todo eso son como aportes extras que ayudan a podar esas ramas de las especulaciones en torno al origen de la vida. Vale, pues muchas gracias Juan Carlos. Y después eso, que recordar a todos los oyentes que todo lo que digamos sobre Luca y más lo que digamos de antes de Luca, que hay que cogerlo muy entre comillas, ¿vale? Que estamos hablando de cosas que conforme avance…
Francis Villatoro explica que la construcción de árboles filogenéticos es un proceso aleatorio y dependiente de los datos genéticos o fósiles seleccionados.
Habla: Francis VillatoroSignificado #19 · Palabras #4árboles filogenéticos proceso aleatoriogenes seleccionados distribución de árbolesexploración paleontológica caracteres huesosfilogenia molecular depende genes proteínasárboles filogenéticos información suplementariagenes proteínas árboles filogenéticoselección caracteres árboles filogenéticoscuestión estadística árboles filogenéticos…no son fenómenos objetivamente distintos. No hay una frontera donde se pase de micro a macro, es simplemente que la macro emerge de muchas micros cuando se acumulan durante muchísimo tiempo. Evolución atendida de forma micro, muchos linajes a la vez. La gracia es: tenemos que mirar señales genéticas distintas y nos queremos ir muy atrás en el tiempo, que estén muy bien conservadas. Y un punto clave que a veces se olvida: esto de los árboles filogenéticos es completamente una cosa torcástica y aleatoria. Depende de qué genes elijas, tienes una distribución de árboles diferente. Y esa distribución de árboles es evolutivamente significativa, semánticamente relevante a nivel evolutivo o no. Entonces tú tienes que elegir adecuadamente los genes o las proteínas o los caracteres de los huesos que has obtenido en una exploración paleontológica porque en función de los caracteres o de los genes o de las proteínas que tú elijas, los árboles son distintos y la filogenia molecular que reconstruyes es completamente distinta. ¿Es creíble o no es creíble? Y eso hace que muchos artículos de filogenia molecular te presentan en el paper principal uno o dos árboles y en la información suplementaria te presentan unos cientos de árboles. Luego han calculado decenas de miles de árboles. Realmente decidir qué árboles son los buenos y cuáles son malos es una cuestión puramente estadística y aplicar tu intuición y aplicar ciertas ideas y la clave es la buena elección de los caracteres, de los genes, de las proteínas que tú quieras usar para construir esos árboles Y por eso está creciendo de forma exponencialmente porque necesitas explorar tal cantidad de datos que son los últimos años empiezamos a acercarnos a la capacidad de cómputo necesaria Una pregunta de Spinn, en concreto…