Científicos descubren el ‘mundo perdido’ de nuestros primeros ancestros en rocas de miles de millones de años

La imaginación del artista de un conjunto de organismos eucariotas primordiales de la ‘biota de protosterol’ que habitan una alfombra bacteriana en el fondo del océano. Con base en fósiles moleculares, los organismos de Protosterol Biota vivieron en los océanos hace aproximadamente 1,6 a 1,0 mil millones de años y son nuestros ancestros más antiguos conocidos. Crédito: orquestado en MidJourney por TA 2023

Un equipo de investigación multinacional ha descubierto protoesteroides antiguos en rocas, lo que indica que existió vida compleja hasta hace 1.600 millones de años. Estas moléculas ofrecen una nueva visión de la evolución de la vida compleja y reconcilian las discrepancias entre el registro fósil tradicional y el de los lípidos.

Se descubrió que el registro recientemente descubierto de los llamados protoesteroides era sorprendentemente abundante a lo largo de la Edad Media de la Tierra. Las moléculas primordiales se produjeron en una etapa anterior de complejidad eucariótica, extendiendo el registro actual de esteroides fósiles más allá de 800 y hasta hace 1600 millones de años. Eucariotas es el término para un reino de vida que incluye todos los animales, plantas y algas y se distingue de las bacterias por tener una estructura celular compleja que incluye un núcleo, así como una maquinaria molecular más compleja.

“Lo más destacado de este descubrimiento no es solo la extensión del registro molecular actual de eucariotas”, explica Christian Hallmann, uno de los científicos participantes del Centro Alemán de Investigación de Geociencias (GFZ) en Potsdam. “Dado que el último ancestro común de todos los eucariotas modernos, incluidos los humanos, probablemente pudo producir esteroles modernos ‘regulares’, existe una buena posibilidad de que los eucariotas responsables de estas raras firmas pertenezcan al tronco del árbol filogenético”.

Benjamin Nettersheim, uno de los autores principales del estudio, examina mapas elementales y moleculares de ultra alta resolución de muestras de rocas de 1640 millones de años analizadas en el Laboratorio de Imágenes Geobiomoleculares de MARUM. Crédito: MARUM – Centro de Ciencias Ambientales Marinas, Universidad de Bremen; V. Diekamp

Este “tallo” representa la línea ancestral común que fue precursora de todas las ramas aún vivas de los eucariotas. Sus representantes desaparecieron hace mucho tiempo, pero los detalles sobre su naturaleza pueden arrojar más luz sobre las condiciones que rodean la evolución de la vida compleja. Aunque se necesita más investigación para evaluar el porcentaje de protoesteroides que pueden tener una fuente bacteriana rara, el descubrimiento de estas nuevas moléculas no solo concilia el registro geológico de los fósiles tradicionales con el de las moléculas de lípidos fósiles, sino que proporciona una visión rara y sin precedentes de un mundo perdido de la vida antigua. La desaparición competitiva de los eucariotas del grupo troncal, marcada por la primera aparición de los esteroides fósiles modernos hace unos 800 millones de años, puede reflejar uno de los eventos más incisivos en la evolución de la vida cada vez más compleja.

“Casi todos los eucariotas biosintetizan esteroides, como el colesterol producido por humanos y la mayoría de los otros animales”, agrega Benjamin Nettersheim de MARUM, Universidad de Bremen, quien comparte la primera autoría del estudio con Jochen Brocks de la[{” attribute=””>Australian National University (ANU) – “due to potentially adverse health effects of elevated cholesterol levels in humans, cholesterol doesn’t have the best reputation from a medical perspective. However, these lipid molecules are integral parts of eukaryotic cell membranes where they aid in a variety of physiological functions. By searching for fossilized steroids in ancient rocks, we can trace the evolution of increasingly complex life.”

Dr. Nettersheim inserts a thin section and rock slices of 1.64 billion-years old rocks into the 7T solariX XR FT-ICR-MS equipped with a MALDI source at the Geobiomolecular Imaging Laboratory at MARUM. As part of ongoing research into mid-Proterozoic biomarker signatures at MARUM, GFZ and the Australian National University, Dr. Nettersheim aims to zoom into the cradle of eukaryotic life in unprecedented resolution. Credit: MARUM – Center for Marine Environmental Sciences, University of Bremen; V. Diekamp

Nobel laureate Konrad Bloch had already speculated about such a biomarker in an essay almost 30 years ago. Bloch suggested that short-lived intermediates in the modern biosynthesis of steroids may not always have been intermediates. He believed that lipid biosynthesis evolved in parallel with changing environmental conditions throughout Earth history. In contrast to Bloch, who did not believe that these ancient intermediates could ever be found, Nettersheim started searching for protosteroids in ancient rocks that were deposited at a time when those intermediates could actually have been the final product.

But how to find such molecules in ancient rocks? “We employed a combination of techniques to first convert various modern steroids to their fossilized equivalent; otherwise, we wouldn’t have even known what to look for,” says Jochen Brocks. Scientists had overlooked these molecules for decades because they do not conform to typical molecular search images. “Once we knew our target, we discovered that dozens of other rocks, taken from billion-year-old waterways across the world, were oozing with similar fossil molecules.”

The oldest samples with the biomarker are from the Barney Creek Formation in Australia and are 1.64 billion years old. The rock record of the next 800 million years only yields fossil molecules of primordial eukaryotes before molecular signatures of modern eukaryotes first appear in the Tonian period. According to Nettersheim “the Tonian Transformation emerges as one of the most profound ecological turning points in our planet´s history“. Hallmann adds that “both primordial stem groups and modern eukaryotic representatives such as red algae may have lived side by side for many hundreds of millions of years”. During this time, however, the Earth’s atmosphere became increasingly enriched with oxygen – a metabolic product of cyanobacteria and of the first eukaryotic algae – that would have been toxic to many other organisms. Later, global “Snowball Earth” glaciations occurred and the protosterol communities largely died out. The last common ancestor of all living eukaryotes may have lived 1.2 to 1.8 billion years ago. Its descendants were likely better able to survive heat and cold as well as UV radiation and displaced their primordial relatives.

“Earth was a microbial world for much of its history and left few traces,” Nettersheim concludes. Research at ANU, MARUM and GFZ continues to pursue tracing the roots of our existence – the discovery of protosterols now brings us one step closer to understanding how our earliest ancestors lived and evolved. Shooting at the ancient rocks with a laser coupled to an ultra-high resolution mass spectrometer in MARUM’s globally unique Geobiomolecular Imaging Laboratory, Dr. Nettersheim and his international collaborators aim at zooming into the cradle of eukaryotic life in unprecedented resolution to further improve our understanding of our early ancestors in the future.

Reference: “Lost world of complex life and the late rise of the eukaryotic crown” by Jochen J. Brocks, Benjamin J. Nettersheim, Pierre Adam, Philippe Schaeffer, Amber J. M. Jarrett, Nur Güneli, Tharika Liyanage, Lennart M. van Maldegem, Christian Hallmann and Janet M. Hope, 7 June 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06170-w

Participating Institutions:

• Research School of Earth Sciences, The Australian National University, Canberra, Australia
• MARUM – Center for Marine Environmental Sciences, University of Bremen, Bremen, Germany
• Faculty of Geosciences, University of Bremen, Bremen, Germany
• Université de Strasbourg, CNRS, Institut de Chimie de Strasbourg, Strasbourg, France
• Northern Territory Geological Survey, Darwin, Australia
• German Research Center for Geosciences (GFZ), Potsdam, Germany

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