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Evolución de las bacterias

Micrografía electrónica de barrido coloreada que muestra la interacción de Klebsiella pneumoniae resistente a carbapenémicos con un neutrófilo humano . La evolución de las bacte...

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Micrografía electrónica de barrido coloreada que muestra la interacción de Klebsiella pneumoniae resistente a carbapenémicos con un neutrófilo humano .

La evolución de las bacterias ha progresado durante miles de millones de años desde el Precámbrico , con su primera gran divergencia del linaje arqueal / eucariota hace aproximadamente 3200-3500 millones de años. [ 1 ] [ 2 ] Esto se descubrió mediante la secuenciación genética de nucleoides bacterianos para reconstruir su filogenia . Además, también se descubrió evidencia de microfósiles permineralizados de procariotas primitivos en las rocas de Apex Chert de Australia , que datan de hace aproximadamente 3500 millones de años [ 3 ] durante el período conocido como el Precámbrico. Esto sugiere que un organismo similar al filo Thermotogota (anteriormente Thermotogae) [ 4 ] fue el ancestro común más reciente de las bacterias modernas.

Análisis químicos e isotópicos adicionales de rocas antiguas revelan que, para el período sideriano , hace aproximadamente 2450 millones de años, [ 5 ] el oxígeno ya había aparecido. Esto indica que las cianobacterias oceánicas fotosintéticas evolucionaron durante este período porque fueron los primeros microbios en producir oxígeno como subproducto de su proceso metabólico . [ 6 ] Por lo tanto, se pensaba que este filo había sido predominante hace aproximadamente 2300 millones de años. Sin embargo, algunos científicos argumentan que podrían haber vivido ya hace 2700 millones de años, [ 7 ] ya que esto fue aproximadamente antes del Gran Evento de Oxigenación , lo que significa que los niveles de oxígeno tuvieron tiempo de aumentar en la atmósfera antes de que alterara el ecosistema durante este evento.

El aumento del oxígeno atmosférico propició la evolución de Pseudomonadota (anteriormente proteobacterias). Hoy en día, este filo incluye numerosas bacterias fijadoras de nitrógeno , patógenos y microorganismos de vida libre. Este filo evolucionó hace aproximadamente 1500 millones de años, durante la era paleoproterozoica . [ 8 ]

Sin embargo, aún existen muchas teorías contradictorias sobre el origen de las bacterias. Si bien se han descubierto microfósiles de bacterias antiguas, algunos científicos argumentan que la falta de morfología identificable en estos fósiles impide extraer conclusiones sobre una cronología evolutiva precisa de las bacterias. No obstante, los avances tecnológicos más recientes han permitido descubrir más evidencia.

Definición de bacterias

Las bacterias son microorganismos procariotas que pueden tener forma de bacilo , espirilo o coco y miden entre 0,5 y 20 micrómetros. Fueron una de las primeras células vivas en evolucionar [ 9 ] y se han extendido para habitar una variedad de hábitats diferentes, incluyendo fuentes hidrotermales , rocas glaciares y otros organismos. Comparten características con las células eucariotas , incluyendo el citoplasma , la membrana celular y los ribosomas . Algunas características bacterianas únicas incluyen la pared celular (también presente en plantas y hongos ), los flagelos (no comunes en todas las bacterias) y el nucleoide .

Las bacterias pueden metabolizar de diferentes maneras, generalmente mediante procesos heterótrofos o autótrofos (ya sean fotosintéticos o quimiosintéticos ). Se reproducen por fisión binaria , aunque también pueden compartir información genética entre individuos mediante transducción , transformación o conjugación .

Proceso de evolución bacteriana

Las bacterias evolucionan en un proceso similar al de otros organismos. Esto se produce a través del proceso de selección natural , mediante el cual las adaptaciones beneficiosas se transmiten a las generaciones futuras hasta que el rasgo se vuelve común en toda la población. [ 10 ] Sin embargo, dado que las bacterias se reproducen por fisión binaria —una forma de reproducción asexual— la célula hija y la célula madre son genéticamente idénticas. Esto hace que las bacterias sean susceptibles a las presiones ambientales, un problema que se supera compartiendo información genética a través de la transducción, la transformación o la conjugación. Esto permite que se desarrollen nuevas adaptaciones genéticas y físicas, lo que permite a las bacterias adaptarse a su entorno y evolucionar. Además, las bacterias pueden reproducirse en tan solo 20 minutos, [ 11 ] lo que permite una rápida adaptación, lo que significa que nuevas cepas de bacterias pueden evolucionar rápidamente. Esto se ha convertido en un problema en relación con las bacterias resistentes a los antibióticos .

Bacterias termófilas procedentes de fuentes hidrotermales de aguas profundas. Este organismo se alimenta de azufre e hidrógeno y fija su propio carbono a partir del dióxido de carbono.

Termogales

Las bacterias Thermotogota son organismos anaeróbicos , gramnegativos y típicamente termófilos o hipertermófilos que pueden vivir cerca de fuentes hidrotermales donde las temperaturas pueden oscilar entre 55 y 95 °C. Se cree que son algunas de las formas de vida más antiguas . Se han descubierto evidencias de bacterias en el sílex Apex australiano cerca de antiguas fuentes hidrotermales. [ 12 ] [ 13 ] Estas rocas datan de hace 3.460 millones de años y, debido a que el oxígeno no estaba presente en grandes cantidades en la atmósfera primitiva de la Tierra, se cree que estos fósiles representan bacterias termófilas primitivas, que no requieren oxígeno para sobrevivir. [ 14 ] Además, especies vivas como Thermotoga neapolitana , que se cree que se asemejan a su forma ancestral , viven alrededor de estas fuentes, lo que algunos científicos han utilizado como evidencia para apoyar esta teoría. 

Evidencia más reciente sugiere que Thermotogales evolucionó aproximadamente entre 3.2 y 3.5 mil millones de años atrás. Esta evidencia se recolectó a través de la secuenciación genética de nucleoides bacterianos para reconstruir su filogenia. [ 1 ] [ 2 ] La primera divergencia importante dentro del filo Thermotogales fue entre Thermotogaceae y Fervidobacteriaceae , sin embargo, aún no se ha determinado cuándo ocurrió. La familia Thermotogaceae luego divergió en el género Thermotoga y el género Pseudothermotoga . [ 15 ] El género Thermotoga representa la mayoría de los hipertermófilos existentes y son únicos porque están envueltos en una membrana externa que se denomina " toga ". Algunas especies existentes de Thermotoga incluyen T. neapolitana .

filogenia de Thermotogale

Tinción colorida de arqueobacterias termófilas (que aman el calor). Actualmente, las arqueobacterias se consideran un dominio propio, Archaea , distinto de Thermotogales.

La filogenia se basa en el trabajo del Proyecto Árbol Vivo de Todas las Especies . [ 15 ]

Cianobacterias

Las cianobacterias o algas verdeazuladas son bacterias gramnegativas, un filo de bacterias fotosintéticas que evolucionó hace entre 2.3 y 2.7 mil millones de años. [ 16 ] Este procariota produce oxígeno como subproducto de sus procesos fotosintéticos. [ 17 ] Han tenido un impacto distintivo en la industria farmacéutica y agrícola debido a su potencial para producir compuestos bioactivos con propiedades antibacterianas, antifúngicas, antivirales y antialgales. Típicamente forman filamentos móviles llamados hormogonios , que pueden formar colonias y luego gemar y viajar para colonizar nuevas áreas. Se han encontrado en ambientes que incluyen agua dulce, océanos, suelo y roca (tanto húmeda como seca), así como roca ártica.

Estos organismos habían desarrollado centros de reacción fotosintética y se convirtieron en los primeros autótrofos productores de oxígeno en aparecer en el registro fósil. Utilizan la luz solar para impulsar sus procesos metabólicos, que eliminan el dióxido de carbono de la atmósfera y liberan oxígeno. [ 18 ] Debido a esta característica, algunos científicos atribuyen a este filo el haber causado el Gran Evento de Oxigenación hace aproximadamente 2300 millones de años. [ 19 ]

Proliferación de cianobacterias en un estanque de agua dulce. Esta acumulación en una esquina del estanque fue causada por el viento. Parecía como si alguien hubiera vertido un cubo de agua coloreada en el agua.

Sin embargo, los parientes más cercanos conocidos de las cianobacterias productoras de oxígeno no producían oxígeno. [ 20 ] Estos parientes son Melainabacteria y Sericytochromatia, ninguno de los cuales puede realizar la fotosíntesis. Mediante la secuenciación genética, los científicos descubrieron que estos dos grupos no tenían ningún vestigio de los genes necesarios para el funcionamiento de las reacciones fotosintéticas. [ 20 ] Esto sugiere que las cianobacterias, Melainabacteria y Sericytochromatia evolucionaron a partir de un ancestro común no fotosintético.

Referencias

  1. 1 2 Battistuzzi, Fabia U.; Feijao, Andreia; Hedges, S Blair (2004). "Una escala temporal genómica de la evolución de los procariotas: Perspectivas sobre el origen de la metanogénesis, la fototrofia y la colonización de la tierra" . BMC Evolutionary Biology . 4 : 44. doi : 10.1186/1471-2148-4-44 . PMC 533871. PMID 15535883 .  
  2. 1 2 Brown, JR Doolittle, WF (diciembre de 1997). "Arqueas y la transición de procariotas a eucariotas" . Microbiology and Molecular Biology Reviews . 61 (4): 456– 502. doi : 10.1128/mmbr.61.4.456-502.1997 . PMC 232621. PMID 9409149 .  {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  3. ↑ "31. Vida antigua: microfósiles de sílex de ápice" . www.lpi.usra.edu . Consultado el 21 de mayo de 2019 .
  4. ↑ Di Giulio, Massimo (diciembre de 2003). "El ancestro universal y el ancestro de las bacterias eran hipertermófilos". Journal of Molecular Evolution . 57 (6): 721– 730. Bibcode : 2003JMolE..57..721D . doi : 10.1007 / s00239-003-2522-6 . PMID 14745541. S2CID 7041325 .  
  5. ↑ Zimmer, Carl (3 de octubre de 2013). "El misterio del oxígeno de la Tierra" . The New York Times . Consultado el 21 de mayo de 2019 .
  6. ↑ "El auge del oxígeno" . Revista de Astrobiología . 30 de julio de 2003. Archivado del original el 6 de septiembre de 2015. Consultado el 21 de mayo de 2019 .
  7. ↑ "¿Cuándo aparecieron las bacterias?" . Revista de Astrobiología . 18 de abril de 2004. Archivado del original el 12 de enero de 2019. Consultado el 21 de mayo de 2019 .
  8. ↑ Degli Esposti, Mauro (27-11-2014). " Evolución bioenergética en proteobacterias y mitocondrias" . Genome Biology and Evolution . 6 (12): 3238– 3251. doi : 10.1093/gbe/evu257 . PMC 4986455. PMID 25432941 .  
  9. ↑ Hartman, H; Matsuno, K (1993). El origen y la evolución de la célula . World Scientific. págs. 1–446 . doi : 10.1142/9789814536219 . ISBN  9789810212629.
  10. ↑ "Recursos sobre evolución de las Academias Nacionales" . www.nas.edu . Archivado del original el 3 de junio de 2016. Consultado el 21 de mayo de 2019 .
  11. ↑ "Acerca de la microbiología: bacterias" . microbiologyonline.org . Archivado del original el 27 de noviembre de 2019. Consultado el 21 de mayo de 2019 .
  12. ↑ Brasier, MD (2011). Geología y posible conjunto de microfósiles del 'Apex Chert' de aproximadamente 3460 Ma, Chinaman Creek, Australia Occidental : una guía de campo y petrográfica . Servicio Geológico de Australia Occidental. ISBN  9781741683660OCLC 748237320​​ 
  13. ↑ "Microfósiles de sílex de ápice" . ResearchGate . Consultado el 21 de mayo de 2019 .
  14. ↑ Frock, Andrew D.; Notey, Jaspreet S.; Kelly, Robert M. (2010). " El género Thermotoga: desarrollos recientes" . Environmental Technology . 31 (10): 1169– 1181. doi : 10.1080/09593330.2010.484076 . PMC 3752655. PMID 20718299 .  
  15. 1 2 Silva Comprehensive Ribosomal RNA Database (septiembre de 2015). "LTP basado en ARNr 16S versión 123 (árbol completo)" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 7 de junio de 2019. Recuperado el 7 de junio de 2019 .
  16. ↑ Berman-Frank, Ilana; Lundgren, Pernilla; Falkowski, Paul (2003). "Fijación de nitrógeno y evolución fotosintética de oxígeno en cianobacterias" . Research in Microbiology . 154 (3): 157– 164. doi : 10.1016/s0923-2508(03)00029-9 . PMID 12706503 . 
  17. ↑ Hamilton, Trinity L.; Bryant, Donald A.; Macalady, Jennifer L. (2015-12-21). "El papel de la biología en la evolución planetaria: producción primaria de cianobacterias en océanos proterozoicos con bajo contenido de oxígeno" . Environmental Microbiology . 18 (2): 325– 340. doi : 10.1111/1462-2920.13118 . PMC 5019231. PMID 26549614 .  
  18. ↑ Tandeau de Marsac, Nicole; Houmard, Jean (enero de 1993). "Adaptación de las cianobacterias a los estímulos ambientales: nuevos pasos hacia los mecanismos moleculares" . FEMS Microbiology Letters . 104 ( 1–2 ): 119–189 . doi : 10.1111/j.1574-6968.1993.tb05866.x .
  19. ↑ "Gran evento de oxidación: más oxígeno a través de la multicelularidad" . ScienceDaily . Consultado el 7 de junio de 2019 .
  20. 1 2 "Las bacterias que cambiaron el mundo" . evolution.berkeley.edu . Mayo de 2017. Consultado el 7 de junio de 2019 .

Lecturas adicionales

  • Gabrić P (2022). "Impacto de las enfermedades infecciosas en los seres humanos y nuestros orígenes" . Anthropological Review . 85 (1): 101– 106. doi : 10.18778/1898-6773.85.1.07 . hdl : 11089/43149 . Recuperado el 11 de mayo de 2023 .
  • ¿Qué son las cianobacterias y cuáles son sus tipos?
  • Servidor web para la investigación de cianobacterias
  • Price, RG "Comprendiendo la evolución: historia, teoría, evidencia e implicaciones" . rationalrevolution.net . Consultado el 23 de febrero de 2015 .