La vida y la Tierra

Fue paradójoicamente la escasez de oxígeno lo que favoreció el auge de los animales en la Tierra

Fue paradójoicamente la escasez de oxígeno lo que favoreció el auge de los animales en la Tierra
Sinápsidos: Antes que los dinosaurios dominasen la Tierra. NS

Un equipo de científicos ha presentado una nueva hipótesis sobre por qué la diversidad de los animales aumentó dramáticamente en la Tierra hace unos 500 millones de años.

Esta hipótesis sostiene que una innovación dentro de la propia biología de los animales –la hipoxia o falta de oxígeno–, más que en la química circundante en la superficie de la Tierra, puede haber sido clave.

La vida en la Tierra estuvo dominada por microbios durante aproximadamente 4.000 millones de años cuando la vida multicelular, de repente –luego en forma de animales en ecosistemas robustos– realizó una entrada vigorosa. La razón por la cual los animales se diversificaron tan tarde y de manera tan dramática ha quedado sin resolver y es motivo de debate.

La diversificación de los animales se produjo durante un periodo de tiempo geológicamente corto y se conoce como la explosión del Cámbrico. Muchos geólogos han supuesto que la explosión del Cámbrico fue provocada por un aumento del oxígeno atmosférico; pero una relación causal entre la explosión del Cámbrico y el crecimiento del oxígeno atmosférico carece de evidencia convincente.

De hecho, la investigación en los últimos años debilita el apoyo a una correlación entre la explosión del Cámbrico y el incremento del oxígeno atmosférico.

Por ejemplo, cambios notables en el oxígeno atmosférico se observan antes y después del Cámbrico, pero no específicamente cuando estalló la diversificación animal. Además, se observa que los animales simples requieren niveles de oxígeno sorprendentemente bajos, que se habrían cumplido mucho antes del Cámbrico.

«Continúa la intensa búsqueda de la evidencia geoquímica de que el oxígeno aumentó cuando los animales se diversificaron pero, después de décadas de discusión, parece que vale la pena considerar el desarrollo de la multicelularidad también desde otros ángulos», dice la geobiótica Emma Hammarlund, doctora e investigadora de la División de Investigación Traslacional sobre el Cáncer en la Universidad de Lund, en Suecia, e investigadora invitada en el Centro Nórdico para la Evolución de la Tierra en la Universidad del Sur de Dinamarca.

Para comprender mejor las condiciones de la vida multicelular, Emma Hammarlund contactó con el biólogo de tumores Sven Pahlman, del Departamento de Medicina del Laboratorio de la Universidad de Lund, quien exploró la importancia de las bajas concentraciones de oxígeno, o la llamada hipoxia, en el entorno tumoral durante casi dos décadas.

«Quería saber qué observan los científicos de tumores a diario, en términos de crecimiento tisular y cómo se relaciona con el oxígeno. Después de todo, los tumores son, lamentablemente, versiones exitosas de la multicelularidad».

El equipo, incluido también el biólogo tumoral Kristoffer von Stedingk, de la División de Pediatría de la Universidad de Lund, abordó la cuestión histórica de por qué los animales se desarrollaron tan tarde y de forma espectacular con nuevas pistas del campo de la biología tumoral.

Específicamente, probaron si las mismas herramientas moleculares explotadas por muchos tumores –para mantener las propiedades de las células madre– también podrían ser relevantes para el éxito de los animales en la explosión del Cámbrico.

Las células con propiedades de células madre son vitales para toda la vida multicelular con el fin de regenerar el tejido. Por ejemplo, las células en la pared del intestino delgado humano se reemplazan cada 2-4 días, a través de la división de las células madre.

«La hipoxia generalmente se considera una amenaza, pero olvidamos que la escasez de oxígeno en periodos y entornos precisos también es un requisito previo para la vida multicelular. Nuestras células madre son las que forman tejido nuevo y son extremadamente sensibles al oxígeno. Por lo tanto, tienen varios sistemas para lidiar con los efectos del oxígeno y la escasez de oxígeno, lo cual está claro en el caso de los tumores».

LA DIVERSIFICACION ANIMAL, FRUTO DE UNA REVOLUCION BIOLOGICA INTERNA

Al estudiar la capacidad de las células tumorales para imitar las propiedades de las células madre, el equipo de Sven Pahlman ha observado cómo las células tumorales pueden aumentar los mecanismos específicos que evaden los efectos del alto nivel de oxígeno en el agotamiento de las células madre.

Como consecuencia, las células tumorales pueden mantener las propiedades de las células madre, a pesar de estar rodeadas por las altas concentraciones de oxígeno que están presentes en el cuerpo. Esta misma habilidad, según los autores, es una de las claves que también hizo que los animales tuvieran tanto éxito.

«La capacidad de construir propiedades de células madre a pesar de los altos niveles de oxígeno, llamada ‘pseudohipoxia’, también está presente en nuestro tejido vertebrado normal. Por lo tanto, cambiamos la perspectiva sobre el ajuste óxico: mientras que el bajo nivel de oxígeno generalmente no es problemático para las células animales, la configuración óxica plantea un desafío fundamental para la multicelularidad compleja. Sin herramientas adicionales, la configuración óxica hace que las células madre específicas de los tejidos maduren demasiado pronto».

La nueva hipótesis sostiene que la diversificación dramática de los animales resultó de una revolución dentro de la propia biología de los animales, más que en la química circundante en la superficie de la Tierra.

Se trata de una idea que se ajusta a otras observaciones geobiológicas, como que los ambientes con «suficiente» oxígeno han estado presentes en la Tierra desde mucho antes de la explosión del Cámbrico.

La hipótesis también tiene implicaciones sobre cómo los animales pueden tener distintas capacidades para vivir en ambientes oxigenados, y quizás incluso sobre cómo vemos el cáncer como una consecuencia evolutiva de nuestra capacidad de vivir en nichos oxigenados.

Tomar un enfoque evolutivo es inusual para los investigadores del cáncer, aunque el desarrollo de los tumores generalmente se ve como un proceso evolutivo. De manera similar, la investigación geobiológica raramente aplica la perspectiva celular.

Sin embargo, después de combinar su experiencia, tanto Emma Hammarlund como Sven Pahlman se sorprenden de que los científicos no se hayan preguntado anteriormente sobre la capacidad paradójica de renovar el tejido en el entorno óxico.

«Seguramente, muchas personas discreparían intuitivamente –concluye Sven Pahlman–. Pero una vez que cambies la perspectiva del nicho óxico y comienzas a considerarlo un desafío para las propiedades de las células madre y la renovación del tejido, entonces las desconcertantes observaciones de los campos distantes comienzan a encajar unas con otras. Y no es posible retroceder».

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