El origen de las plantas es uno de los acontecimientos menos conocidos, pero más cruciales, de la historia de la vida en la Tierra. La aparición de las plantas como grandes productoras primarias e ingenieras de los ecosistemas fue sin duda una de las transiciones más importantes de la historia de la Tierra. El origen y la diversificación de las plantas son temas que han sido estudiados durante mucho tiempo por los botánicos y los biólogos de plantas.
Dado que los eucariotas no fotosintéticos (aunque comprenden 1% de todos los eucariotas conocidos) se encuentran casi exclusivamente en asociaciones parasitarias con huéspedes fotosintéticos, sabemos que estos organismos abandonaron la fotosíntesis como forma de hacer que sus células fueran ricas en energía. Sin embargo, más allá de este hecho, no hay mucho más que sepamos sobre cómo abandonaron la fotosíntesis o cómo pueden haberla adquirido en primer lugar. Aquí exploramos algunas de las hipótesis actuales sobre el origen y la diversificación de las plantas a lo largo del tiempo.
El origen de la fotosíntesis: una breve historia
La fotosíntesis es el proceso biológico por el que las plantas y algunas bacterias utilizan la luz solar para producir energía química (en forma de azúcar) a partir de dióxido de carbono y agua. Es la única forma en que la gran mayoría de la vida en la Tierra -incluidos los seres humanos, casi todos los animales e incluso las secoyas gigantes- puede obtener la energía que necesita para sobrevivir.
El proceso ha existido desde las primeras etapas de la evolución de la vida en la Tierra. La evidencia más antigua que se conoce de la fotosíntesis es de hace 2.700 millones de años, cuando las cianobacterias eran capaces de fijar el carbono y generar energía a partir de la luz solar. Es muy probable que la fotosíntesis se haya originado mucho antes, pero la evidencia más antigua de organismos fotosintéticos es de hace unos 2.700 millones de años.
Para entender el origen de la fotosíntesis, es importante comprender las características generales de los organismos que utilizaban este proceso. Los organismos fotosintéticos son eucariotas, es decir, tienen células con núcleo. Esto es evidente en el hecho de que tienen muchas de las mismas estructuras celulares que los eucariotas no fotosintéticos (como las mitocondrias, que es un tipo de orgánulo).
Diversificación de los eucariotas
La diversificación de los eucariotas se considera tradicionalmente como un único acontecimiento evolutivo que ocurrió hace unos 1.500 millones de años. Sin embargo, cada vez hay más datos que empiezan a cuestionar esta visión. Por ejemplo, las pruebas genómicas sugieren que los hongos se separaron de las plantas y los animales antes del acontecimiento único de los eucariotas, y que el último ancestro común de los restantes grupos eucariotas vivió hace más de 1.000 millones de años. Estudios más recientes sugieren que la radiación de los eucariotas fue mucho más diversa de lo que se suponía.
También hay pruebas de que pudo haber un único acontecimiento que dio lugar a múltiples grupos eucariotas. Hay un par de hipótesis diferentes sobre la diversificación de los eucariotas. Una de ellas sugiere que la hipótesis del evento único es correcta. La otra hipótesis sugiere que hubo múltiples eventos que condujeron a la diversificación de los eucariotas.
Un origen endosimbiótico para las plantas
Una de las hipótesis más populares sobre el origen de la fotosíntesis es un origen endosimbiótico, en el que los primeros eucariotas fotosintéticos se formaron por la asociación simbiótica de dos organismos procariotas. Esta hipótesis sugiere que las cianobacterias que vivían en una célula huésped eucariota eran capaces de fijar el dióxido de carbono y producir azúcares mediante la fotosíntesis. A cambio, las cianobacterias recibían los nutrientes de su célula eucariota anfitriona.
Si esta hipótesis es correcta, es probable que la célula eucariota huésped fuera un alga verde. Esto se debe a que las algas verdes son uno de los parientes vivos más cercanos de las plantas terrestres y tienen muchas características celulares en común con ellas.
La transferencia horizontal de genes en el origen de las plantas
Para entender cómo se transfirió la fotosíntesis de las cianobacterias a la célula eucariota huésped, es importante comprender la composición proteica de la fotosíntesis. La fotosíntesis utiliza un conjunto de proteínas que están incrustadas en las membranas de la célula eucariota huésped. Estas proteínas se encargan de recoger la energía de la luz y crear energía química en forma de azúcar.
La cuestión es cómo se transfirieron estas proteínas fotosintéticas de las cianobacterias al huésped eucariota.
Una hipótesis sugiere que la célula eucariota anfitriona fue capaz de producir sus propias proteínas fotosintéticas desde cero. Otra hipótesis sugiere que una cianobacteria pudo donar sus genes fotosintéticos a la célula eucariota huésped.
Esta segunda hipótesis sugiere que la transferencia horizontal de genes entre la cianobacteria y la célula eucariota anfitriona fue posible debido a la estrecha proximidad física de los dos organismos.
Coevolución entre cianobacterias y eucariotas
Si la cianobacteria y el huésped eucariota fueron capaces de transferirse genes mutuamente, cabría esperar que también hubieran evolucionado cambios genéticos en beneficio del otro. Por ejemplo, la célula eucariota anfitriona habría evolucionado para acomodar a sus simbiontes cianobacterias, y éstas habrían evolucionado con cambios en su composición molecular para aumentar la eficiencia de su fotosíntesis.
Esta coevolución entre la cianobacteria y la célula eucariota anfitriona puede haber sido una parte crucial del origen de las plantas.
Esta coevolución entre los dos organismos podría haber conducido a la asociación simbiótica que formó la primera célula eucariota fotosintética.
Conclusión
El origen de las plantas es uno de los acontecimientos menos conocidos pero más cruciales de la historia de la vida en la Tierra. La aparición de las plantas como grandes productoras primarias e ingenieras de los ecosistemas fue sin duda una de las transiciones más importantes de la historia de la Tierra.
El origen y la diversificación de las plantas son temas que han sido estudiados durante mucho tiempo por los botánicos y los biólogos de plantas. Pero aunque se han realizado muchos estudios sobre estos temas, aún nos queda mucho por aprender.
Existen diversas hipótesis que intentan explicar cómo surgieron los primeros eucariotas fotosintéticos. Pero una cosa es cierta: el origen de las plantas fue un proceso gradual que tardó mucho tiempo en desarrollarse.
