¿Cómo evolucionó el colesterol? Petróleo atrapado en rocas antiguas esconde pistas

Las formas de vida antiguas pueden haber dejado rastros de moléculas aceitosas en las rocas hace más de mil millones de años, proporcionando nuevos conocimientos sobre la evolución del colesterol. Los fósiles moleculares, descritos hoy en Nature, sugieren que los primeros organismos que dependían de los precursores del colesterol estaban muy extendidos en la Tierra antigua. Más tarde, el aumento de los niveles de oxígeno permitió a los organismos hacer la versión más sofisticada de la molécula que conocemos, y a veces odiamos, hoy.

El colesterol tiene mala reputación por su papel en las enfermedades del corazón, pero las células animales no pueden vivir sin él. Nuestras membranas celulares contienen aproximadamente un 30% de colesterol; la molécula mantiene las membranas flexibles en un rango de temperaturas y juega un papel clave en la recepción de señales de otras células. El colesterol pertenece a una familia de moléculas similares llamadas esteroles. Las células animales producen colesterol en un proceso complejo de 37 pasos. Otros eucariotas, organismos con células complejas, producen sus propios esteroles, incluido el estigmasterol en las plantas y el ergosterol en los hongos.

Los geoquímicos y paleontólogos buscan rastros fosilizados de estos esteroles como evidencia de la presencia de eucariotas en ecosistemas antiguos. Los investigadores suelen encontrarlos en rocas de hasta 800 millones de años. Pero en las rocas más antiguas parecían faltar restos de esteroles. Eso fue desconcertante, porque al menos alguna evidencia fósil y genética sugiere que los eucariotas habían evolucionado hace 1.600 millones de años.

Una vieja idea del bioquímico Konrad Bloch proporcionó una posible explicación. Bloch, quien recibió el Premio Nobel de 1964 por su trabajo para descifrar la ruta química que usan las células para producir colesterol y otros esteroles, especuló en la década de 1990 que, a medida que esta ruta evolucionó con el tiempo, las formas de vida anteriores podrían haber usado los productos químicos intermedios en sus células. membranas en lugar de los esteroles actuales. Llamó a estos compuestos "protoesteroides" o "ursteroles", pero, dada la tecnología disponible en ese momento, no pensó que sería posible encontrar evidencia de ellos.

Desde entonces, sin embargo, las técnicas geoquímicas han avanzado. En el nuevo estudio, el geoquímico Jochen Brocks de la Universidad Nacional de Australia y sus colegas buscaron los restos fosilizados de algunos de estos protoesteroides. Primero, sintetizaron protoesteroides llamados lanosterol, cicloartenol y 24-metileno cicloartenol en el laboratorio. Luego, imitaron el proceso de fosilización al exponerlos al calor y la presión. Al hacerlo, los científicos identificaron docenas de derivados de estas moléculas que podrían distinguirlos de otros pasos en la vía del colesterol.

Luego, los investigadores buscaron esos compuestos en rocas antiguas. En los sedimentos que se formaron hace 1640 millones de años, encontraron sustancias químicas que coincidían con los derivados del lanosterol y el cicloartenol. Y en rocas de 1.300 millones de años, encontraron derivados que coincidían con el patrón producido por el 24-metileno cicloartenol, que está un paso más adelante en la ruta de los esteroles que el cicloartenol. Las rocas antiguas "rezumaban estas moléculas", dice Brocks. "Ojalá pudiera llamar a Konrad Bloch y decirle: '¡Los encontramos!'" (Bloch murió en 2000 a la edad de 88 años).

En rocas más jóvenes, formadas hace entre 800 y 720 millones de años, los investigadores encontraron una mezcla de lo antiguo y lo nuevo: como era de esperar, encontraron rastros de colesterol y otros esteroles modernos. Pero también encontraron cantidades significativas de protoesteroides fosilizados, lo que sugiere que los organismos que dependían de ellos aún no se habían extinguido. La proporción de protoesteroides disminuyó con el tiempo, dominando los esteroles modernos en rocas de menos de 600 millones de años.

"Los datos son hermosos", dice el geoquímico orgánico Fabien Kenig de la Universidad de Illinois Chicago. "Pasamos de un mundo de protosterol a un mundo de esterol [moderno]".

El trabajo "proporciona el primer ejemplo claro de la evolución de [los esteroles] a lo largo del tiempo", dice James Sáenz, experto en bioquímica de membranas de la Universidad Tecnológica de Dresden. Los pasos finales de la síntesis del colesterol son costosos para las células, señala, ya que requieren mucha energía y oxígeno, pero aparentemente valen la pena.

Brocks y sus colegas proponen que cuando el oxígeno era relativamente escaso en la Tierra primitiva, los eucariotas que usaban protoesteroles en sus membranas dominaban los mares, ríos y lagos de nuestro planeta. A medida que el oxígeno se volvió más abundante hace unos 800 millones de años, algunos eucariotas comenzaron a modificar esos compuestos para producir nuevos esteroles, lo que les dio a sus células una ventaja evolutiva. Eventualmente, dicen los autores, los organismos que dependían de los protoesteroles se extinguieron.

Eso es posible, dice la paleontóloga Susannah Porter, que estudia los primeros eucariotas en la Universidad de California, Santa Bárbara. Pero también hay otras explicaciones, dice ella, incluyendo que fueron las bacterias en lugar de los primeros eucariotas las que produjeron los protoesteroles. "Es un pequeño salto concluir que tenían que ser eucariotas". Aún así, "es genial pensar en estas moléculas como si tuvieran una historia evolutiva", dice ella. "Puede que nunca sepamos quién hizo qué, pero es emocionante tratar de pensar en esto".