Sistema de dos dominios
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El sistema de dos dominios es un sistema de clasificación biológica propuesto recientemente[¿cuándo?] que postula que solamente existen dos dominios de vida primarios: Bacteria y Archaea y que los eucariotas (Eukaryota) son un subgrupo evolucionado de Archaea. Surgió de los análisis filogenéticos recientes con métodos mejorados y el incremento de la diversidad de arqueas desafiando al sistema de tres dominios ampliamente aceptado que clasifica a los eucariotas como un tercer dominio evolucionado independientemente.[1][2][3] Se ha propuesto que el clado o dominio arqueo-eucarionte puede ser denominado Neomura.[4]
Fue precedido por la hipótesis del eocito de James A. Lake en la década de 1980, que fue reemplazada en gran medida por el sistema de tres dominios, debido a la evidencia en ese momento. El sistema de dos dominios se volvió más ampliamente aceptado después del descubrimiento de las arqueas Asgard o Promethearchaeota en 2015 que mostraron que los eucariotas evolucionaron de uno de sus subgrupos Heimdallarchaeia. Según este sistema los eucariotas se originaron de una arquea Asgard mediante la endosimbiosis con una alfaproteobacteria que dio origen a las mitocondrias.[5][6]
Situación previa
Durante los siglos XIX y XX se hicieron notables avances en el conocimiento microbiológico. Sin embargo esto no significó avances en filogenia y clasificaciones naturales en procariotas. La clasificación de plantas y animales se basaba en anatomía comparada y embriología, en cambio las bacterias carecen de complejidad morfológica y tienen enorme diversidad fisiológica.
El manual de Bergey desde los años 60 a los 80, optó por dar clasificaciones no naturales, pero razonables, en lugar de especular filogenias que cambiasen continuamente (ver clasificación de Monera). Muchos especialistas (Stanier, van Niel, Winogradsky) se resignaron a aceptar que una clasificación filogenética procariota era imposible, a pesar de la aceptación en general de que son un grupo coherente que está relacionado con el origen monofilético de la vida.[7]
El gran paso en la biología evolutiva se da cuando un equipo realiza análisis genéticos en los años 70 usando el método de secuencia molecular del ARN ribosomal 16S. Además los ribosomas son abundantes en cada célula y fáciles de extraer, haciendo de este orgánulo el favorito para la investigación. El resultado fue toda una revolución en la elaboración de árboles filogenéticos; así se vio renacer la taxonomía microbiana que hasta entonces parecía imposible y aparece un nuevo campo dentro del amplio estudio procariota.
En 1977, Carl Woese y George E. Fox identificaron un grupo sui géneris de bacterias metanógenas que en el análisis de ARNr-16S figuraban alejadas de las demás bacterias. Se concluyó de este modo que la mayor divergencia entre organismos procariotas se da entre los metanógenos (Archaebacteria) y las demás bacterias (Eubacteria).[8]
Hipótesis del eocito una visión al sistema de dos dominios
En 1984, James A. Lake, Michael W. Clark, Eric Henderson y Melanie Oakes describieron lo que se conocía como "un grupo de bacterias dependientes del azufre" como un nuevo grupo de organismos llamados eocitos y crearon un nuevo reino al que llamaron Eocyta. Con ello propusieron la existencia de cuatro reinos, basados en la estructura y composición de las subunidades de los ribosomas: Archaebacteria, Eubacteria, Eukaryota y Eocyta. Lake analizó más a fondo las secuencias de ARNr de los cuatro grupos y sugirió que los eucariotas se originaron a partir de los eocitos, y no de arqueobacterias, como generalmente se suponía. Esta fue la base de la creación de la hipótesis del eocito.[9] En 1988, propuso la división de todas las formas de vida en dos grupos taxonómicos:[10]
- Caryota (que incluía los eucariotas y organismos protoeucariotas como los eocitos)
- Parkaryota (que consistía en las bacterias y arqueobacterias como halobacterias y metanógenos)
El árbol filogenético fue el siguiente:
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Propuesta del sistema de tres dominios
En 1990, Carl Woese, Otto Kandler y Mark Wheelis propusieron que las arqueobacterias son un grupo distinto de organismos nombrandolos arqueas y que los eocitos son arqueas, rebautizandolos como Crenarchaeota (ahora llamados Thermoproteota). Introdujeron la división principal de la vida en un sistema de tres dominios que comprende Eukarya, Bacteria y Archaea. Woese y colegas sugirieron que estos dominios se originaron independientemente a partir de un proto-organismo muy simple con un genoma de ARN nombrado progenote. Con diversas revisiones de detalles y otros análisis filogenéticos, la clasificación de Woese ganó aceptación mayorítaria como posiblemente la hipótesis científica mejor desarrollada y más aceptada (con la clasificación de cinco reinos) sobre la historia evolutiva de la vida. No obstante, el sistema de tres dominios no resolvió los problemas sobre la relación filogenética entre arqueas y eucariotas.[11][12]
El árbol filogenético fue el siguiente:
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Cuestionamiento al sistema de tres dominios y apoyo al sistema de dos dominios
A medida que se descubrieron más arqueas nuevas y se mejoraron los métodos para análisis filogenéticos a principios de la década del 2000, esta distinción se volvió dudosa, ya que los eucariotas [se anidaron profundamente] dentro de las arqueas. El origen de los eucariotas a partir de las arqueas, llegó a ser respaldado por estudios basados en la secuenciación de proteínas ribosómicas y análisis genómicos de 2004.[13]
En 2002, Cavalier-Smith propuso que la rama filogenética que incluye arqueas y eucariotas puede denominarse Neomura.[4]
En 2008 un análisis exhaustivo de 53 genes de arqueas, bacterias y eucariotas, que incluían componentes esenciales de los mecanismos de replicación del ADN, transcripción y traducción de ácidos nucleicos, concluyó que los eucariotas evolucionaron a partir de arqueas, específicamente de Crenarchaeota (Thermoproteota), y los resultados «favorecen una topología que respalda la hipótesis del eocito en lugar de la monofilia de Archaea y el árbol de la vida de tres dominios». Un estudio realizado en el mismo año también encontró varios genes comunes a eucariotas y Crenarchaeota (Thermoproteota). Estas evidencias acumuladas respaldan el sistema de dos dominios.[14][15]
Una de las distinciones del dominio Eukaryota planteadas en el sistema de tres dominios es que los eucariotas poseen proteínas únicas, como la actina (microfilamento del citoesqueleto, implicado en la motilidad celular), la tubulina (componente del citoesqueleto mayor, microtúbulo), el sistema de ubicuitina (degradación y reciclaje de proteínas) y los complejos de clasificación endosómica, necesarios para el transporte celular (ESCRT III), que no se encuentran en los procariotas. Sin embargo, estas denominadas "proteínas de firma eucariota" están codificadas en los genomas de las arqueas Thermoproteota y Promethearchaeota. El sistema de replicación del ADN (proteínas GINS) en Thermoproteota y Haloarchaea es similar al complejo CMG (CDC45, MCM, GINS) de los eucariotas.[16][17]
El descubrimiento de las arqueas Asgard o Promethearchaeota en 2015 y los análisis filogenéticos recientes han reforzado aún más la visión de dos dominios de la vida. Las arqueas Asgard, contienen incluso más genes proteínicos eucariotas que Thermotoproteota. El análisis genético inicial y el reanálisis posterior mostraron que, de más de 31 genes eucariotas seleccionados en las arqueas, el 75% apoya directamente la agrupación eucariota-arquea, es decir, un único dominio Archaea que incluye los eucariotas.[18] A medida que se descubrieron más grupos de Asgard, incluyendo Thorarchaeia, Odinarchaeia y Heimdallarchaeia, sus relaciones con los eucariotas se consolidaron. Los análisis filogenéticos de genes de ARN ribosómico indicaron que los eucariotas se derivan de las arqueas Asgard, y que Heimdallarchaeia son los parientes más cercanos de los eucariotas. El origen eucariota a partir de Heimdallarchaeia también está respaldado por estudios filogenéticos de 2020 y 2023, dónde también se sugirió que el respaldo al sistema de tres dominios sería debido al artefacto de atracción de ramas largas.[19][20]
Las arqueas Asgard contienen al menos 80 genes para proteínas características de los eucariotas. Además de las proteínas actina, tubulina, ubicuitina y ESCRT encontradas también en las arqueas del grupo hermano Thermoproteota, las arqueas Asgard contienen genes funcionales para varias otras proteínas eucariotas como profilinas, sistema de ubicuitina (proteínas tipo E1, tipo E2 y dedo RING pequeño (srfp)), sistema de transporte de membrana (como los dominios Sec23/24 y TRAPP), una variedad de GTPasas pequeñas (incluyendo ortólogos de GTPasas de la familia Gtr/Rag), gelsolinas, la expansión ES39 de tres vías del ARNr LSU y homólogos de la vía de N-glicosilación.[21][22]
Otro respaldo al sistema de dos dominios es el registro fósil de los eucariotas el cual solo se limita hasta el Paleoproterozoico, mientras que el de las arqueas y bacterias se extiende hasta el comienzo del Arcaico.[23]
Aunque esta información no resuelve completamente las controversias de tres o dos dominios, generalmente se considera que favorecen el sistema de dos dominios.
El árbol filogenético según estos estudios recientes es el siguiente:
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Referencias
- ↑ Raymann, Kasie; Brochier-Armanet, Céline; Gribaldo, Simonetta (2015). «The two-domain tree of life is linked to a new root for the Archaea». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 112 (21): 6670-6675. Bibcode:2015PNAS..112.6670R. PMC 4450401. PMID 25964353. doi:10.1073/pnas.1420858112.
- ↑ Zhou, Zhichao; Liu, Yang; Li, Meng; Gu, Ji-Dong (2018). «Two or three domains: a new view of tree of life in the genomics era». Applied Microbiology and Biotechnology 102 (7): 3049-3058. PMID 29484479. S2CID 3541409. doi:10.1007/s00253-018-8831-x.
- ↑ Doolittle, W. Ford (2020). «Evolution: Two Domains of Life or Three?». Current Biology (en inglés) 30 (4): R177-R179. Bibcode:2020CBio...30.R177D. PMID 32097647. doi:10.1016/j.cub.2020.01.010.
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- ↑ Archibald, John M. (2008). «The eocyte hypothesis and the origin of eukaryotic cells». Proceedings of the National Academy of Sciences 105 (51): 20049-20050. Bibcode:2008PNAS..10520049A. PMC 2629348. PMID 19091952. doi:10.1073/pnas.0811118106.
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