Un nuevo suprarreino y su significado para el árbol de la vida

Microfotografía de Hemimastix kukwesjijk, el hemimastigoto recién descrito, que aquí está alimentándose. El nombre le viene de un «ogro peludo y voraz» de las tradiciones de la Primera Nación Mi’kmaq de Nueva Escocia, donde se encontró el espécimen [imagen publicada por cortesía de Yana Eglit].

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Al árbol de la vida acaba de salirle una nueva gran rama. Se descubrió hace poco un microbio raro y misterioso, una nueva especie de hemimastigoto, en una porción de suelo de Nueva Escocia, en Canadá. Los análisis subsiguientes de su ADN han revelado que no era, ni él ni, por lo tanto, ningún otro miembro del grupo taxonómico, Hemimastigophora, que se había definido para englobar a criaturas afines a esta recién descubierta y que hasta ahora no se había investigado con análisis genéticos, ni animal, ni planta, ni hongo ni ningún tipo reconocido de protozoo; que la verdad era que caía bien lejos de cualquiera de las grandes categorías conocidas con las que se clasifican las formas complejas de vida (los eucariotas). Esta raro microbio de flagelos ondeantes y sus parientes tienen, muy al contrario, según estos nuevos resultados, una categoría taxonómica propia muy profunda: Hemimastigophora sería un suprarreino (y no, como se suponía, un filo) que debió de desgajarse de las otras grandes ramas de la vida hace al menos mil millones de años.

«Es el tipo de resultado que solo esperas ver una vez en tu carrera», dice Alastair Simpson, microbiólogo de la Universidad Dalghousie, también de Nueva Escocia, que dirigió el estudio.

Por impresionante que este hallazgo acerca de los hemimastigotos sea en sí mismo, más importante aún es que se trata de la última (y más profunda) de una serie, constante y calladamente creciente, de grandes adiciones taxonómicas. Los investigadores siguen descubriendo, no ya nuevas especies o clases, sino reinos de la vida enteramente nuevos, lo que hace preguntarse cómo permanecieron ocultos tanto tiempo y sii se está cerca de  encontrarlos todos.

Yana Eglit es una estudiante de doctorado de la Dalhousie que se dedica a descubrir linajes nuevos de los eucariotas unicelulares llamados protistas. Mientras hacía una caminata con unos amigos en un frío día de primavera de 2016 en Nueva Escocia, se quedó rezagada para rebañar unos gramos de tierra y guardarlos en un tubo de plástico. (Este tomar de sopetón muestras del suelo, dice, es un «riesgo profesional»). De vuelta la laboratorio, empapó su muestra con agua y durante el mes siguiente fue observándola con un microscopio en busca de signos de formas inusuales de vida.

A última hora ya, una noche, algo extraño que había en la muestra llamó su atención. Una célula alargada de la que radiaban flagelos como látigos «nadaba torpemente, como si no se diese cuenta de que tenía todos esos flagelos que la podrían ayudar a moverse», recuerda. Con un microscopio más potente, vio que encajaba en la descripción de un hemimastigoto, un raro tipo de protista del que era bien sabido lo difícil que es cultivarlo. A la mañana siguiente, el laboratorio se emocionaba con la oportunidad de describir y secuenciar el espécimen. «Lo dejamos todo», recuerda.

Los hemimastigotos son uno de un puñado de linajes de protistas «de los que se conoce que no son conocidos», como diría el exsecretario de Defensa Rumsfeld: linajes hasta cierto punto bien descritos cuya posición en el árbol de la vida no se conoce con precisión porque es difícil cultivarlos y secuenciarlos en el laboratorio. Los protistólogos se han valido de las peculiaridades de la estructura de los hemimastigotos para inferir cuáles son sus parientes cercanos, pero «han ‘disparado a voleo’ sus conjeturas por toda la filogenia», según Simpson. Sin datos moleculares, linajes como el de los hemimastigotos, desconocidos sus ancestros, se quedan huérfanos.

Pero un nuevo método, la transcriptómica de una sola célula, ha revolucionado esos estudios. Permite la secuenciación de grandes números de genes con una sola célula. Gordon Lax, otros estudiante de doctorado del laboratorio de Simpson y experto en el método, explica que la transcriptómica de una sola célula puede producir, para organismos difíciles de estudiar, como los hemimastigotos, datos genéticos de una calidad antes reservada a células más abundantes, con lo que resultan posibles comparaciones genómicas más profundas. El equipo secuenció más de 300 genes, y Laura Eme, ahora investigadora posdoctoral de la Universidad de Upposala, hizo un modelo de la evolución de esos genes para inferir una clasificación de los hemimastigotos. «No teníamos ninguna duda de que caerían dentro de uno de los supergrupos conocidos», explica. Sin embargo, los miembros del laboratorio se quedaron asombrados al encontrar que los hemimastigotos no encajan en ninguna parte del árbol. Representaban su propio linaje, separado de la otra media docena de supergrupos.

Para entender lo distinto que es evolutivamente el nuevo linaje, imaginemos que tenemos el árbol de los eucariotas extendido en el suelo ante nosotros en la forma de un ramificado conjunto de caminos, un conjunto, que se va estrechando cuando más lejos está de nosotros, que empieza junto a nuestros pies con sitios para todos los grupos vivos de eucariotas y que a lo lejos acaba convergiendo en nuestro ancestro común. Empezando por nuestra punta, los mamíferos, remontemos el árbol y la historia, y dejemos atrás la bifurcación donde réptiles y pájaros divergieron, dejemos atrás las desviaciones que llevaron a los peces, las estrellas de mar y los insectos, y vayamos aún más lejos, más allá de la escisión que nos separó de los hongos. Si nos damos entonces la vuelta y miramos lo recorrido, a todos esos organismos tan diversos que habremos ido dejando atrás, no habrá ni uno solo que no pertenezca al mismo supergrupo de eucariotas, uno de los seis que se conocen. Los hemimastigotos están todavía más adelante, en su propio supergrupo, por un camino por el que no hay nadie más. 

A Fabien Burki, biólogo de la Universidad de Uppsala, que no participó en el estudio, le hace feliz haber visto un resultado así, pero no se ha quedado completamente sorprendido. «Es un poco como buscar vida en otros planetas», dice. «Cuando al final la encontremos, no creo que nos sorprenda mucho, pero no dejará de ser un descubrimiento enorme». 

Burki, Simpson, Eglit y muchos otros creen también que tenemos que descubrir todavía una buena parte del árbol de la vida; y si lo creen, es en gran medida por lo deprisa que está cambiando. «Los nuevos datos están reconfigurando el árbol de la vida. Es pero que muy diferente a como era hace 15 o 20 años», dice Burki. «Estamos viendo un árbol con muchas más ramas de lo que pensábamos». 

Hallar un linaje tan diferenciado como el de los hemimastigotos sigue siendo hasta cierto punto raro. Pero si se desciende un nivel o dos en la jerarquía, hasta el nivel del mero reino, digamos que el que abarca a todos los animales, observaremos que más o menos cada año brotan nuevos grandes linajes. «Ese ritmo no se está frenando», dice Simpson. «Hasta puede que se esté acelerando».

La disponibilidad de técnicas de secuenciación más poderosas, como la transcriptómica de una sola célula, es uno de los factores que está impulsando esa tendencia en los eucariotas, especialmente en lo que se refiere a grupos conocidamente desconocidos. Les da a los investigadores la posibilidad de recurrir a ADN utilizable de un solo espécimen. Pero Eme pone sobre aviso: esos métodos requieren todavía el ojo adiestrado de los protistólogos expertos, como Eglit, «para que lo que tomemos como blanco sea realmente eso que queremos observar». 

Otro tipo de secuenciación. la metagenómica, podría acelerar los descubrimientos aún más. Los investigadores pueden ahora aventurarse a hacer trabajo de campo, tomar una muestra de tierra del sendero o una biopelícula de una fumarola de las profundidades marinas, y secuenciar todo lo que haya en la muestra. La pega es que todo lo que hay es a menudo solo un fragmento de un gen. Por lo que se refiere a bacterias y arqueas, los organismos de los otros dos dominios de la vida distintos del de los eucariotas, eso suele bastar para ponerse manos a la obra; así, la metagenómica está tras descubrimientos tan recientes y gigantescos como el de las arqueas de Asgard, un filo enorme de arqueas totalmente desconocido para la ciencia hasta hace unos tres años. 

Pero cuando se trata de eucariotas, que suelen tener genomas mayores y más complicados, la meatagenómica es una forma problemáticamente inespecífica de muestrear. Revela muchos tipos de organismos que viven en un cierto entorno, «pero a menos que se tenga una secuencia de referencia conocida mayor, resulta muy difícil situar todas esas cosas diferentes dentro de un marco evolutivo», explican Burki. Esta es la razón de que, según Simpson, la mayoría de los linajes de eucariotas recientes verdaderamente profundos se hayan descubierto «a la vieja usanza», mediante la identificación de un protista raro en el laboratorio y tomándolo como blanco de la secuenciación. 

«Pero los dos métodos son complementarios y se aportan información entre sí», dice Simpson. Por ejemplo, ahora está claro que los hemimastigotos ya afloraron en bases de datos metagenómicas publicadas con anterioridad. Sin embargo, «no había manera de reconocerlos antes de que tuviésemos secuencias de hemimastigoto más largas con las que comparar», afirma. 

La metagenómica puede señalar puntos calientes posibles de diversidad desconocida y la secuenciación más profunda puede hacer que los datos metagenómicos resulten más significativos. 

El futuro es brillante para los investigadores que catalogan la diversidad, tanto en los entornos corrientes como en los extraordinarios. Las herramientas metagenómicas permiten explorar entornos extremos, como los sedimentos cercanos a las fumarolas hidrotermales donde se hallaron las arqueas de Asgard, pero también es posible encontrar linajes nuevos a la vuelta de la esquina. «Este nuevo linaje con categoría de suprarreino fue descubierto por una estudiante de doctorado que estaba de paseo por el monte y a la que se le ocurrió coger un poco de tierra», dice Burki, «Imagínense si pudiésemos rastrear todos los entornos de la Tierra».

Mientras los científicos siguen rellenando el árbol, los algoritmos que se usan para añadirle ramas no pararán, cree Eme, de hacerse más eficientes. Servirá para distinguir escisiones más antiguas y profundas en la historia de la vida. «Nuestro conocimiento de cómo se fue desarrollando la vida es todavía muy incompleto», dice Burki. Preguntas como la de que cómo surgieron los eucariotas o cómo llegó la evolución hasta la fotosíntesis siguen sin tener respuesta porque «no tenemos un árbol suficientemente estable para establecer con precisión cuándo ocurrieron esos acontecimientos clave».

Aparte de responder esas preguntas fundamentales, la mera satisfacción de descubrir motiva a investigadores como Burki y Eglit. «El mundo microbiano es una frontera abierta de par en par», dice Eglit. «Explorar qué hay allí, emociona». 

Jonathan Lambert / Quanta Magazine

Artículo traducido por Investigación y Ciencia con permiso de QuantaMagazine.org, una publicación independiente promovida por la Fundación Simons para potenciar la comprensión de la ciencia.

Referencia: «Hemimastigophora is a novel supra-kingdom-level lineage of eukaryotes», de Gordon Lax et al. en Nature 564, págs. 410–414 (2018).

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