La esponja fue la 'abuela' de todos los animales, y sus nietos abandonaron el mar once veces

El primer estudio, liderado por la investigadora Nicole King, de la Universidad de California en Berkeley, ha puesto fin, o por lo menos ha asestado un duro golpe golpe, a una de las disputas más feroces de la filogenética moderna: ¿fue la humilde esponja o el más sofisticado ctenóforo (o medusa de peine) el primer animal digno de ese nombre que existió en la Tierra? El segundo, con fuerte sello español y dirigido por Marta Álvarez-Presas, de la Universidad de Barcelona, y Jordi Paps, de la Universidad de Bristol, desvela, a través del análisis de 154 genomas, el 'guión' que la vida animal repitió una y otra vez para vencer el que probablemente fue el mayor desafío de su evolución: la transición del agua a la tierra.

Los primeros organismos vivos aparecieron en la Tierra hace unos 4.000 millones de años, poco después de la propia formación del planeta. Se trataba de seres unicelulares, microbios y bacterias, y durante más de 3.000 millones de años sus variantes fueron las únicas criaturas vivas en el mundo. Hasta que empezaron a unirse y a repartirse las tareas, dando lugar, hace 'sólo' entre 900 y 570 millones de años, a los primeros seres 'complejos', donde las células se asocian y cada tipo se encarga de una labor específica: percibir el entorno, desplazarse, asimilar el alimento... Esos fueron los primeros 'animales' y desde hace décadas los científicos han pensado que debía tratarse de organismos extremadamente simples, poco más que amasijos de células, sin músculos ni sistema nervioso, algo parecido a las esponjas actuales.

La lógica evolutiva, en efecto, parecía dictar que las estructuras complejas (neuronas, músculos, tejidos) surgieron más tarde, a medida que aquellos primeros 'cuerpos' fueron necesitando incorporar nuevas funciones. Y la esponja, que vive anclada al fondo y filtra el agua, parecía ser la candidata perfecta para estar en la base del árbol filogenético.

Hasta que, en 2008, un 'bombazo' en forma de análisis genómico en el que se comparaban cientos de genes de diferentes animales, puso patas arriba esta certeza. De repente, y en lugar de la esponja, la candidata a ser la 'abuela primigenia' de todos los animales pasó a ser la 'medusa de peine' (Ctenophora), un animal que, para sorpresa de todos, sí que posee neuronas y músculos.

Aquel hallazgo supuso un verdadero 'shock' para la Biología. Porque si el ctenóforo fue realmente el primero, sólo podía deberse a dos cosas, ambas igualmente asombrosas: o bien el ctenóforo desarrolló sistemas complejos como neuronas y músculos, y la esponja, que también los tenía, los perdió de forma secundaria (evolución regresiva); o bien esos sistemas complejos evolucionaron dos veces de forma independiente en la historia de la vida, en una 'evolución paralela' extremadamente rara.

Ni que decir tiene que el debate entre ambas posibilidades dividió a los científicos en el 'equipo esponja' y el 'equipo ctenóforo'. Pero la nueva investigación de Nicole King y su equipo publicada en Science parece haber inclinado la balanza, y esta vez de manera decisiva, hacia la vieja guardia: la esponja fue la primera.

Para demostrarlo, el equipo de King y Jacob Steenwyk (experto en filogenética computacional) desarrolló una nueva metodología para analizar los genes. Entre ambos, de hecho, crearon un conjunto de datos de altísima calidad de genes 'conservados' (aquellos que apenas cambian a lo largo de la evolución) y luego los analizaron al detalle y con distintos métodos. Para estar totalmente seguros, los investigadores tomaron la precaución de desechar todos los genes cuyos resultados variaron según el método utilizado, es decir, que sólo se quedaron con los que producían la señal más fuerte y estable.

El resultado fue abrumador: el 62% de las pruebas estadísticas apoyaron la hipótesis de la esponja, el 38% fueron inconclusas y ninguna apoyó al ctenóforo.

Para Nicole King, este resultado es el más 'sensato', ya que está en línea con la morfología (la forma y estructura de los animales). Desde luego, resulta mucho más intuitivo pensar que la complejidad (neuronas, músculos, órganos) evolucionó una sola vez a partir de un antepasado simple (la esponja) que imaginar un desarrollo complejo temprano que luego se perdió sin dejar rastro en el linaje de las esponjas y que continuó en las medusas. Según el estudio, por lo tanto, la sencilla y humilde esponja, poco más que una simple 'colonia celular', acaba de recuperar su puesto como 'abuela' de todo el reino animal, incluidos nosotros.

Lo cual nos lleva al segundo estudio. Las primeras esponjas eran criaturas marinas. Y de ellas, con el tiempo, evolucionaron otras criaturas, como los peces, que también eran marinos. En aquella época lejana, en efecto, la tierra firme no era más que una enorme extensión de terreno seco, desértico y sin rastro de vida.

Sin embargo, basta con echar un vistazo a nuestro alrededor para darnos cuenta de que, en algún momento, por lo menos algunos de aquellos animales marinos dieron 'el salto' y empezaron a vivir en tierra firme. El proceso, conocido como 'terrestrialización', no ocurrió una sola vez, sino en múltiples ocasiones a lo largo de la historia de la vida (hasta 11 eventos independientes en linajes como artrópodos, vertebrados, moluscos, gusanos, etc.).

Lo que es seguro es que el paso del agua a la tierra debió ser, en todos los casos, algo profundamente traumático. De hecho, supone abandonar un entorno con una temperatura estable y donde el agua sostiene el cuerpo, proporciona oxígeno y actúa como un amortiguador químico, para pasar a un medio hostil, con variaciones extremas de temperatura, un riesgo constante de desecación y en el que, además, la gravedad se convierte en un enemigo que nos aplasta y dificulta el movimiento. De modo que para sobrevivir, los animales tuvieron que 'reinventarse' casi por completo, desarrollar pulmones, extremidades, y múltiples otras adaptaciones que exigen, también, una profunda renovación del genoma.

Y aquí es justo donde se enmarca el estudio español de 'Nature'. El equipo de Álvarez-Presas y Paps, de hecho, analizó los genomas de 154 especies de 21 filos animales para reconstruir los cambios genéticos asociados a esos 11 eventos de colonización terrestre. Lo que buscaban era desentrañar el papel de la 'convergencia' frente a la 'contingencia' en la adaptación. La primera es la repetición de las mismas soluciones evolutivas en especies diferentes ante los mismos problemas (como el vuelo en aves, algunos peces y mamíferos como los murciélagos). La segunda es un camino único, que cada linaje sigue debido a su propia historia evolutiva previa.

En su estudio, los investigadores demuestran que, sorprendentemente, la 'terrestrialización' es un proceso altamente predecible a nivel molecular. Es decir, aunque cada grupo de criaturas (caracoles, arañas, humanos) tomó su propio camino evolutivo, todos ellos tuvieron que superar los mismos 'cuellos de botella' ambientales, lo que se tradujo en toda una serie de patrones convergentes de ganancia y pérdida de genes.

De este modo, Álvarez-Presas y su equipo demuestran que las adaptaciones genómicas más recurrentes, lo que podríamos llamar el 'kit de supervivencia' genómico es el mismo en casi todos los linajes terrestres. Un kit que incluye desde la 'osmorregulación', (el control a nivel genético del agua y las sales, sin el que acabaríamos deshidratados) a genes específicos para hacer frente a las radiaciones ultravioleta o a las fluctuaciones extremas de temperatura.

Por supuesto, para aquella transición del agua a la tierra también fue necesario modificar el metabolismo para soportar mayores consumos de energía, o 'inventar' cosas como el huevo, una 'cápsula de supervivencia' en la que las crías podrían desarrollarse en un entorno húmedo incluso muy lejos del agua, lo que permitió a muchas especies adentrarse en los continentes.

Del mismo modo en que todos estos genes convergen en los distintos grupos que, en un momento y otro, pasaron a ser terrestres, también hubo genes que casi todos ellos 'perdieron', como por ejemplo los relacionados con la regeneración, una función muy útil, pero que resulta menos esencial en tierra que en el agua.

En resumen, cada linaje sigue su propio y único camino (contingencia), pero las funciones esenciales que deben adquirir son siempre las mismas (por ejemplo, el desarrollo de pulmones en vertebrados o de tráqueas en insectos, ambas para respirar aire) y se basan en los mismos genes (convergencia).

Otro fascinante hallazgo del estudio es la identificación de tres grandes 'oleadas' de colonización de la tierra por parte de los animales durante los últimos 487 millones de años, cada una ligada a cambios ecológicos globales concretos.

La primera, que se produjo durante el Paleozoico temprano (hace entre 541 y 443 millones de años) fue consecuencia de la aparición de las primeras plantas terrestres, que modificaron la atmósfera, crearon los primeros suelos y se constituyeron como una nueva y extraordinaria fuente de alimento que los primeros animales que salieron del agua quisieron aprovechar.

La segunda ola, en el Paleozoico tardío y principios del Mesozoico (Entre 252 y 66 millones de años) se asocia a la aparición de los bosques y a la consolidación de los ecosistemas terrestres. Y la tercera, en el Cenozoico (desde hace 66 millones de años a la actualidad) se relaciona con la necesidad de diversificar los ecosistemas tras grandes eventos de extinción. Un patrón temporal que nos da una nueva perspectiva sobre la forma en que la vida ha 'reescrito' su historia en diferentes momentos geológicos.

En definitiva, ambos estudios nos vuelven a recordar que la vida no es un camino errático, sino un meticuloso proceso de prueba y error con el cual, a pesar de los millones de años de distancia y los linajes divergentes, la naturaleza tiende a resolver los problemas de la misma forma una y otra vez, desde la humilde esponja, el primer animal, hasta el sofisticado mecanismo genómico que nos permitió abandonar el mar.