El Árbol de la Vida: Miles de millones de especies extintas y una única comunidad ancestral

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Una sola familia para un número inimaginable de especies

La diversidad actual de la vida

El Árbol de la Vida es vertiginoso, el tiempo: 3.800 millones de años es el motor que lo explica todo. El estudio más citado, publicado en PLoS Biology, propone la cifra de 8,7 millones de especies presentes en la Tierra, de las cuales 6,5 millones terrestres y 2,2 millones acuáticas.

El mecanismo de la especiación

Imagina una población que se divide en dos grupos aislados geográficamente. Al cabo de un millón de años, las mutaciones acumuladas los hacen suficientemente diferentes para no poder reproducirse juntos: dos especies nacen donde solo había una. Cada una de estas dos especies puede a su vez dividirse, y así sucesivamente.

El cálculo teórico vertiginoso

Al analizar los registros fósiles, los investigadores estiman que la duración de vida media de una especie animal es del orden de 1 a 10 millones de años antes de que se extinga o se transforme. Para los eucariotas complejos, la cifra más citada es 2 millones de años para que un linaje se divida en dos especies distintas.

Si un linaje se divide en promedio una vez cada 2 millones de años, en 3.800 millones de años eso representa 1.900 divisiones sucesivas por linaje. En crecimiento arborescente, esto da teóricamente aproximadamente \(10^{572}\), un número inimaginable que sigue siendo infinitamente superior al número de átomos en el Universo observable (estimado en aproximadamente \(10^{80}\)). Si un linaje se divide en promedio una vez cada 10 millones de años, esto da aproximadamente \(10^{114}\), un número que sigue siendo realmente inimaginable.

¡Un mundo que nunca existió !

Este número inimaginable es un límite teórico en un mundo sin extinción, sin saturación ecológica y donde todos los linajes se ramificarían de manera regular y simultánea cada 1 a 10 millones de años. En la realidad, restricciones masivas aplastan este potencial teórico del duplicación pura antes incluso de que pueda expresarse.

• La extinción: cinco extinciones masivas han arrasado por sí solas entre el 75 % y el 96 % de las especies en cada ocasión, reduciendo brutalmente el árbol a unas pocas ramas supervivientes.
• La saturación ecológica: cada ecosistema dispone solo de un número limitado de nichos, es decir, combinaciones de condiciones en las que una especie puede sobrevivir y reproducirse. Mientras estos nichos estén todos ocupados, una población aislada no encuentra ni los recursos ni el espacio necesarios para divergir el tiempo suficiente y convertirse en una especie por derecho propio.
• El aislamiento geográfico insuficiente: la especiación exige que dos poblaciones permanezcan separadas el tiempo suficiente para acumular diferencias irreversibles. Pero las barreras geográficas, montañas, mares o desiertos, son raras, inestables y temporales. Sin este aislamiento duradero, las poblaciones se mezclan de nuevo y la divergencia se anula antes de llegar a término.
• Las restricciones genéticas: la gran mayoría de las mutaciones son neutras o letales. Las mutaciones favorables que permiten una verdadera divergencia adaptativa son rarísimas, y la deriva genética puede eliminar por puro azar una mutación que sin embargo es ventajosa antes de que se extienda en la población.
• La competencia interespecífica: una especie naciente debe imponerse frente a especies ya establecidas y mejor adaptadas, que ocupan nichos similares. La tasa de fracaso de estos nuevos linajes es considerable antes incluso de que alcancen un tamaño de población suficiente para ser viables a largo plazo.

De la teoría a la realidad: el filtro de la extinción

Las restricciones forman en realidad un filtro en cascada: un linaje debe superarlas todas simultáneamente para dar lugar a una especie estable y duradera, lo que explica por qué el número de especies reales está muy lejos del potencial teórico.

Los paleontólogos estiman que el número total de especies fosilizables que han existido desde la aparición de los animales complejos, hace unos 540 millones de años (comienzo del Cámbrico), se sitúa entre 5 y 50 mil millones. Pero esta cifra solo concierne a los organismos que han dejado rastros en las rocas, es decir, menos del 1 % de la vida real. Corrigiendo este sesgo, e incluyendo toda la vida desde los orígenes microbianos, el número total de especies que han existido en la Tierra podría situarse entre \(10^{12}\) y \(10^{15}\), es decir, entre mil billones y un millón de billones de especies extintas.

La vida actual: una milmillonésima de la historia de la vida

Las cifras son contundentes, en 3.800 millones de años de evolución, la extinción es la regla, no la excepción: más del 99,9 % de todas las especies que han existido han desaparecido. En la historia de la vida, la supervivencia es la excepción.

Todas las especies vivas actuales reunidas representan solo una milmillonésima, quizás menos, de la diversidad biológica total que la Tierra ha producido desde el origen de la vida. La selección natural es implacable: elimina sin piedad los linajes inadaptados, filtrando sin cesar las variaciones de la vida, dejando sobrevivir solo aquellas que responden a las exigencias inmediatas de su entorno.

Las tres ramas maestras del árbol de la vida

Gracias al trabajo de Carl Woese (1928-2012) y sus colaboradores a finales de la década de 1970, sabemos que la vida se divide en tres grandes dominios. Esta clasificación revolucionaria se basa en el análisis del ARN ribosomal (molécula de ARN ribosómico 16S en procariotas y 18S en eucariotas, utilizada como reloj molecular), una molécula presente en todos los seres vivos.
Los tres dominios que forman las ramas principales del árbol:

• Bacterias (Bacteria): Organismos procariotas (sin núcleo), con una diversidad metabólica extraordinaria. Colonizan todos los entornos, desde fuentes termales hasta el intestino humano.
• Arqueas (Archaea): Durante mucho tiempo confundidas con las bacterias, poseen características genéticas y bioquímicas únicas. Muchas son extremófilas, viviendo en ambientes extremos (altas temperaturas, acidez, salinidad).
• Eucariotas (Eukarya): Organismos con células complejas provistas de núcleo. Este dominio incluye animales, plantas, hongos y protistas. Es la rama a la que pertenecemos, una parte ínfima de la diversidad de la vida.

N.B.:
Las arqueas están genéticamente más cerca de los eucariotas que de las bacterias. Los eucariotas son en realidad una rama derivada del dominio de las arqueas. El ser humano comparte un ancestro común más reciente con una arquea termófila de fuentes termales que con una bacteria intestinal.

Tabla resumen de los principales grupos del Árbol de la Vida

N.B.:
Las fechas indicadas son estimaciones basadas en relojes moleculares y fósiles. Los primeros signos de vida (procariotas) aparecen hace aproximadamente 3,8 mil millones de años. La edad de la Tierra se estima en unos 4,54 mil millones de años.

¿Qué ocurrió antes de LUCA ?

LUCA no es un individuo único

Tú, yo, el guepardo, el champiñón de París, la secuoya gigante y la bacteria compartimos un ancestro común: todos descendemos de LUCA (Last Universal Common Ancestor), un organismo unicelular que vivió hace aproximadamente 3,5 a 4 mil millones de años. LUCA no es necesariamente un individuo único. LUCA corresponde más bien a una población de organismos primitivos que vivían probablemente alrededor de fuentes hidrotermales y que intercambiaban masivamente genes directamente entre individuos, sin pasar por la reproducción.

La divulgación frente a la realidad científica

En la divulgación, a menudo se presenta a LUCA como un organismo único, un poco como el "Adán y Eva" de la vida. Es práctico para explicar, pero inexacto. LUCA representa probablemente varios organismos emparentados, porque una población permite más diversidad genética que un solo individuo.

El período de la química prebiótica darwiniana

Pero LUCA es en sí mismo el producto de una larga selección. Antes de que LUCA "ganara", probablemente hubo miles de millones de intentos de aparición de la vida, protocélulas, sistemas autorreplicativos, metabolismos primitivos que aparecieron y desaparecieron sin dejar descendencia. Esto se denomina el período de química prebiótica darwiniana, que se habría desarrollado en una ventana de unos 100 a 400 millones de años, entre el final del Gran Bombardeo Tardío y la aparición de LUCA.

Qué recordar

El Árbol de la Vida nos revela una historia a la vez grandiosa y frágil: la de una vida que apareció hace miles de millones de años, moldeada por una sucesión infinita de eventos aleatorios, catástrofes y selecciones.

Nuestra existencia es fruto de una contingencia tan singular que no podría repetirse. Nos recuerda que la vida, tal como la conocemos, es preciosa, rara y única. En lugar de buscar desesperadamente gemelos de la humanidad en las estrellas, deberíamos maravillarnos de nuestra propia presencia y asegurarnos de que esta excepción no se convierta, por nuestra culpa, en una nueva extinción.