4.5: Bacterias profundamente ramificadas

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Objetivos de aprendizaje

Describir las características únicas de las bacterias que se ramifican profundamente
Dar ejemplos de bacterias significativas que se ramifican profundamente

En un árbol filogenético (ver Un enfoque sistemático), el tronco o raíz del árbol representa un ancestro evolutivo antiguo común, a menudo llamado el último ancestro común universal (LUCA), y las ramas son sus descendientes evolutivos. Los científicos consideran que las bacterias profundamente ramificadas, como el género Acetothermus, son las primeras de estas formas de vida no Luca producidas por la evolución hace unos 3.5 mil millones de años. Cuando se colocan en el árbol filogenético, provienen de la raíz común de la vida, profunda y cercana a la raíz LUCA, de ahí el nombre de “profundamente ramificación” (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Diagrama de un árbol filogenético. En la base está la etiqueta LUCA Esto se ramifica en dos ramas. La rama de la izquierda es la bacteria, la rama a la derecha se ramifica nuevamente para formar las arqueas y Eukarya. La rama más baja de la bacteria es el acetotermo (el cual es estrellado). Ramas superiores que incluyen (de abajo hacia arriba): aquifex, termotoga, bacterias filamentosas verdes, bacteroides, citofaga, planctomyces, gram positivos, cianobacterias, porteiobacterias y espiroquetas. Ramas de la arcaea de abajo hacia arriba: pyrodicticum, thermoproteus, Thermococcus, methanococcus, methanococcus, methanococcus, methobacterium, methosarcina y halophies. Ramas del Eukarya de abajo hacia arriba: diplomonadas, microsporidios, tricomonas, flagelados, entamoebae, mohos de limo, ciliados, plantas, animales y hongos. — Figura\(\PageIndex{1}\): La estrella de este árbol filogenético de la vida muestra la posición de la bacteria de ramificación profunda Acetothermus. (crédito: modificación de obra de Eric Gaba)

Las bacterias profundamente ramificadas pueden proporcionar pistas sobre la estructura y función de formas de vida antiguas y ahora extintas. Podemos plantear la hipótesis de que las bacterias antiguas, como las bacterias profundamente ramificadas que aún existen, eran termófilos o hipertermófilos, lo que significa que prosperaron a temperaturas muy altas. Acetothermus paucivorans, una bacteria anaerobia gramnegativa descubierta en 1988 en lodos de aguas residuales, es un termófilo que crece a una temperatura óptima de 58 °C. ¹ Los científicos han determinado que es la bacteria de ramificación más profunda, o el pariente evolutivo más cercano del LUCA (Figura \(\PageIndex{1}\)).

La clase Aquificae incluye bacterias profundamente ramificadas que se adaptan a las condiciones más duras de nuestro planeta, asemejándose a las condiciones que se pensaba que dominaban la tierra cuando apareció la vida por primera vez. Las bacterias del género Aquifex son hipertermófilos, que viven en aguas termales a una temperatura superior a 90 °C. La especie A. pyrophilus prospera cerca de volcanes submarinos y respiraderos oceánicos termales, donde la temperatura del agua (bajo alta presión) puede alcanzar los 138 °C. las bacterias utilizan sustancias inorgánicas como nutrientes. Por ejemplo, A. pyrophilus puede reducir el oxígeno, y es capaz de reducir el nitrógeno en condiciones anaeróbicas. También muestran una notable resistencia a la luz ultravioleta y a la radiación ionizante. En conjunto, estas observaciones apoyan la hipótesis de que los ancestros ancestrales de bacterias profundamente ramificadas comenzaron a evolucionar hace más de 3 mil millones de años, cuando la tierra estaba caliente y carecía de atmósfera, exponiendo a las bacterias a radiación no ionizante e ionizante.

La clase Thermotogae está representada principalmente por bacterias gramnegativas anaerobias hipertermófilas, así como algunas mesófilas (prefiriendo temperaturas moderadas), cuyas células están envueltas en una peculiar membrana externa similar a una funda llamada toga. La fina capa de peptidoglicano en su pared celular tiene una estructura inusual; contiene ácido diaminopimélico y D-lisina. Estas bacterias son capaces de utilizar una variedad de sustratos orgánicos y producir hidrógeno molecular, que puede ser utilizado en la industria. La clase contiene varios géneros, de los cuales el más conocido es el género Thermotoga. Una especie de este género, T. maritima, vive cerca de los respiraderos del océano termal y prospera en temperaturas de 90 °C; otra especie, T. subterranea, vive en embalses subterráneos de petróleo.

Finalmente, la bacteria profundamente ramificada Deinococcus radiodurans pertenece a un género cuyo nombre deriva de una palabra griega que significa baya terrible. Apodado “Conan la Bacteria”, D. radiodurans es considerado un poliextremófilo debido a su capacidad para sobrevivir bajo diferentes tipos de condiciones extremas: calor extremo, sequía, vacío, acidez y radiación. Debe su nombre a su capacidad para soportar dosis de radiación ionizante que matan a todas las demás bacterias conocidas; esta habilidad especial se atribuye a algunos mecanismos únicos de reparación del ADN.

Micrografía de cuatro células redondas formando un cuadrado. — Figura\(\PageIndex{1}\): *Deinococcus radiodurans*, o “Conan la Bacteria”, sobrevive en las condiciones más duras de la tierra.

Resumen

Las bacterias profundamente ramificadas son filogenéticamente las formas de vida más antiguas, siendo las más cercanas al último ancestro común universal.
Las bacterias profundamente ramificadas incluyen muchas especies que prosperan en entornos extremos que se cree que se asemejan a las condiciones en la tierra hace miles de millones de años
Las bacterias profundamente ramificadas son importantes para nuestra comprensión de la evolución; algunas de ellas se utilizan en la industria

Notas al pie

1 G. Dietrich et al. “Acetothermus paucivorans, gen. nov., sp. Nov., una Bacteria Termófila Estrictamente Anaerobia de Lodos de Aguas Residuales, Fermentación de Hexosas a Acetato, CO ₂ _{y H 2}” Microbiología Sistemática y Aplicada 10 núm. 2 (1988) :174—179.