Una nueva técnica de análisis de genes muestra que todas las especies de cianobacterias que viven en la actualidad se remontan a un ancestro común que evolucionó hace unos 2.900 millones de años.

Fue entonces cuando la Tierra dio un giro hacia la habitabilidad cuando este grupo de microbios emprendedores desarrollaron la fotosíntesis oxigenada, la capacidad de convertir la luz y el agua en energía, liberando oxígeno en el proceso.

Científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT)también encontraron que los antepasados de las cianobacterias se ramificaron de otras bacterias hace unos 3.400 millones de años, y que la fotosíntesis oxigénica probablemente evolucionó durante los quinientos millones de años intermedios, durante el Eón Arqueano.

Curiosamente, esta estimación sitúa la aparición de la fotosíntesis oxigenada al menos 400 millones de años antes del Gran Evento de Oxidación, un período en el que la atmósfera y los océanos de la Tierra experimentaron por primera vez un aumento de oxígeno. Esto sugiere que las cianobacterias pueden haber desarrollado la capacidad de producir oxígeno desde el principio, pero que tomó un tiempo para que este oxígeno realmente se arraigara en el medio ambiente.

"En la evolución, las cosas siempre comienzan con algo pequeño", dice en un comunicado el autor principal Greg Fournier, profesor asociado de geobiología en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT. "A pesar de que hay evidencia de la fotosíntesis oxigénica temprana, que es la innovación evolutiva más importante y realmente sorprendente en la Tierra, todavía tomó cientos de millones de años para que despegara".

Para fechar con precisión el origen de las cianobacterias y la fotosíntesis oxigenada, Fournier y sus colegas emparejaron la datación por reloj molecular con la transferencia horizontal de genes, un método independiente que no se basa completamente en fósiles o suposiciones de velocidad.

Normalmente, un organismo hereda un gen "verticalmente", cuando se transmite desde el padre del organismo. En raras ocasiones, un gen también puede saltar de una especie a otra, especies relacionadas lejanamente. Por ejemplo, una célula puede comerse a otra y, en el proceso, incorporar algunos genes nuevos a su genoma.

Cuando se encuentra un historial de transferencia de genes horizontal de este tipo, queda claro que el grupo de organismos que adquirió el gen es evolutivamente más joven que el grupo del que se originó el gen. Fournier razonó que tales casos podrían usarse para determinar las edades relativas entre ciertos grupos bacterianos. Las edades de estos grupos podrían compararse con las edades que predicen varios modelos de reloj molecular. El modelo que se acerque más probablemente sea el más preciso y luego podría usarse para estimar con precisión la edad de otras especies bacterianas, específicamente, las cianobacterias.

Siguiendo este razonamiento, el equipo buscó casos de transferencia horizontal de genes a través de los genomas de miles de especies bacterianas, incluidas las cianobacterias. También utilizaron nuevos cultivos de cianobacterias modernas tomadas por Bosak y Moore, para utilizar con mayor precisión cianobacterias fósiles como calibraciones. Al final, identificaron 34 casos claros de transferencia genética horizontal. Luego encontraron que uno de cada seis modelos de reloj molecular coincidía consistentemente con las edades relativas identificadas en el análisis de transferencia de genes horizontal del equipo.

Fournier corrió este modelo para estimar la edad del grupo de cianobacterias "corona", que abarca todas las especies que viven hoy y que se sabe que exhiben fotosíntesis oxigenada. Descubrieron que, durante el eón Arcaico, el grupo de la corona se originó hace unos 2.900 millones de años, mientras que las cianobacterias en su conjunto se ramificaron de otras bacterias hace unos 3.400 millones de años. Esto sugiere fuertemente que la fotosíntesis oxigenada ya estaba ocurriendo 500 millones de años antes del Gran Evento de Oxidación (GOE), y que las cianobacterias estaban produciendo oxígeno durante bastante tiempo antes de que se acumulara en la atmósfera.

El análisis también reveló que, poco antes del GOE, hace unos 2.400 millones de años, las cianobacterias experimentaron un estallido de diversificación. Esto implica que una rápida expansión de las cianobacterias puede haber inclinado la Tierra hacia el GOE y haber lanzado oxígeno a la atmósfera.