Durante la fotosíntesis, las plantas y las cianobacterias convierten el agua y el dióxido de carbono en azúcar y oxígeno utilizando la luz solar. Este proceso es la base de casi toda la vida en nuestro planeta. Sin embargo, poco se sabe sobre sus orígenes evolutivos. Los investigadores han identificado estructuras en microfósiles de 1.750 millones de años de antigüedad que todavía son responsables de la fotosíntesis en las plantas actuales. El descubrimiento de estas antiguas membranas tilacoides proporciona la evidencia directa de fotosíntesis más antigua hasta la fecha.
En los primeros días de la Tierra, la atmósfera contenía sólo pequeñas trazas de oxígeno. La situación cambió hace unos 2.400 millones de años con la llamada Gran Catástrofe del Oxígeno. Por razones que aún no se comprenden del todo, los niveles de oxígeno en los océanos y la atmósfera han aumentado rápidamente, cambiando radicalmente las condiciones de nuestro planeta. La mayoría de las formas de vida que habían existido hasta entonces se extinguieron. Aquí comenzó la evolución de la vida tal como la conocemos hoy. Los científicos creen que la fotosíntesis, que crea oxígeno como producto de desecho, jugó un papel importante en el aumento repentino de oxígeno. Probablemente las responsables de esto fueron las primeras cianobacterias, que fueron las primeras en desarrollar la fotosíntesis productora de oxígeno. Sin embargo, se discute cuándo surgió la fotosíntesis en su forma actual.
Invaginaciones de membrana para una fotosíntesis eficaz.
«El conocimiento de cómo se diferencian las cianobacterias es fundamental para comprender la evolución de nuestro planeta y la vida», escribe un equipo dirigido por Catherine Demoulin de la Universidad de Lieja en Bélgica. Lo que es particularmente importante es una estructura que se encuentra en la mayoría de los organismos fotosintéticamente activos en la actualidad: los llamados tilacoides. Se trata de invaginaciones en la membrana de las cianobacterias o cloroplastos de las plantas. Estas invaginaciones contienen una cantidad particularmente grande de complejos captadores de luz que permiten una fotosíntesis efectiva.
«Entre las cianobacterias que viven hoy en día, hay grupos con y sin membrana tilacoide», explican Demoulin y su equipo. «Basándonos en las diferencias genéticas entre estos grupos, se supone que divergieron hace entre 2,7 y 2 mil millones de años». Sin embargo, todavía no se ha encontrado ninguna evidencia fósil de este período. Por lo tanto, no está claro si los tilacoides se desarrollaron antes de la Gran Catástrofe del Oxígeno (y tal vez contribuyeron a desencadenarla) o si surgieron sólo después.
Información sobre los microfósiles
Demoulin y su equipo han examinado los restos fósiles del microorganismo Navifusa majensis. Probablemente este fue uno de los primeros tipos de cianobacterias. Los especímenes más antiguos provienen de la Formación McDermott en Australia y datan de alrededor de 1.750 millones de años. Utilizando un microscopio electrónico especial, el equipo logró hacer visibles las estructuras internas de los microorganismos fósiles. Y de hecho: había capas claramente separadas y apiladas: la estructura típica de una membrana tilacoide.
«Este descubrimiento amplía el registro fósil en al menos 1.200 millones de años y demuestra que las cianobacterias que contienen tilacoides se originaron hace al menos 1.750 millones de años», escribe el equipo. Si bien aún no está claro si los tilacoides se formaron antes o después de la Gran Catástrofe del Oxígeno, los investigadores creen que su método podría ayudar a aclarar esta cuestión en el futuro. «La ultraestructura de las paredes celulares y los orgánulos ha recibido poca atención», explican. «En el futuro, se podrían utilizar análisis similares de microfósiles aún más antiguos para identificar los primeros organismos fotosintéticamente activos y obtener nuevos conocimientos sobre los ecosistemas de esa época».
Fuente: Catherine Demoulin (Universidad de Lieja, Bélgica) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-023-06896-7
