Este mes de noviembre Investigación y Ciencia ha editado un numero monográfico dedicado a los orígenes, son ocho artículos, el primero dedicado al origen del universo y el último al origen de la computación, pasando por el origen de la vida, de la mente – muy interesante – o el origen de la cultura humana.
Ademas, dentro de la sección Apuntes, han presentado doce artículos cortos de los que he seleccionado estos tres que siguen dedicados al origen de la fotosíntesis, de los dientes y de la placenta.
Fotosíntesis
Debemos su invención a los antepasados de las cianobacterias.
Por Davide Castelvecchi.
Cuando el sol brilla, las plantas verdes descomponen el agua para obtener electrones y protones, utilizar esas partículas para convertir el dióxido de carbono en glucosa y desprender oxígeno como producto residual. Ese proceso es de lejos el más complejo y 
extendido de todas las versiones conocidas de la fotosíntesis, que transforman la luz de determinadas longitudes de onda en energía química. (Las investigaciones han apuntado que ciertos hongos unicelulares utilizan rayos gamma de alta energía: se han hallado colonias de estos hongos desarrollándose en el interior de un reactor nuclear fundido en el accidente de Chernobil.) La utilización del agua como reactivo de la fotosíntesis, en lugar de otras sustancias más escasas, como el ácido sulfhídrico, permitió que, andando el tiempo, la vida surgiera y prosperara en cada rincón del planeta.
La fotosíntesis basada en la descomposición del agua fue “inventada” por los antepasados de las actuales cianobacterias, también conocidas como algas cianofíceas o verde-azuladas. Los organismos que hoy realizan ese tipo de fotosíntesis, incluidas las plantas, las algas verdes y por lo menos un animal (la babosa marina Elysia chlorotica), poseen cloroplastos, orgánulos que parecen provenir de lo que en el pasado eran cianobacterias simbióticas. Todos emplean alguna forma del pigmento clorofila, a veces en combinación con otros pigmentos. La fotosíntesis empieza cuando una serie de moléculas de clorofila absorbe un fotón y dirige la energía de éste hacia la escisión de moléculas de agua
Pero el agua es una molécula excepcionalmente resistente para intervenir en la fotosíntesis. Obtener los electrones del agua y dotarles de energía suficiente para sintetizar glucosa exige la participación de dos grupos independientes de moléculas de clorofila ligeramente distintas (y un sistema de más de 100 tipos de proteínas). Las formas más simples de fotosíntesis utilizan uno u otro grupo, pero no ambos. El misterio es: ¿cuál de ellos apareció primero en la evolución y cómo terminaron combinándose? “Es una pregunta para la que no tenemos respuesta”, afirma Robert Blankenship, de la Universidad de Washington en San Luis.
Los científicos ignoran también cuándo aprendieron las cianobacterias a descomponer el agua. Algunos datos sugieren que posiblemente ya lo hicieran hace 3200 millones de años. Sin duda, la reacción sucedía hace al menos 2400 años, cuando el oxígeno pasó de ser un gas inusual a representar el segundo más abundante de la atmósfera, un cambio sin el cual nunca habrían existido animales multicelulares complejos con capacidad de formular preguntas científicas.
Dientes
Son muy anteriores a la sonrisa.
Por Christine Soares
Los primeros dientes, ¿se encontraban en el interior o en el exterior de los animales? Los tiburones están cubiertos por miles de pequeños dentículos, unas protuberancias de dentina y colágeno parecidas a los dientes. Se conjeturaba que los dentículos de algunos vertebrados muy primitivos pudieron ser, si hubiesen emigrado hasta la mandíbula y allí hubiesen crecido y adquirido nuevas funciones, el origen de los dientes actuales. Sin embargo, una serie de pruebas fósiles y genéticas han confirmado en los últimos años que los dientes son mucho más antiguos que los tiburones, más incluso, que la mandíbula y que los dentículos. Y tuvieron su origen dentro del cuerpo, aunque no en la boca.
Las primeras dentaduras fueron las de los conodontos, unas criaturas de entre cuatro y cuarenta centímetros de largo, semejantes a las anguilas, que vivieron hace unos 525 millones de años; deben su nombre al anillo de largos dientes cónicos de su faringe. Algunas especies de peces tienen aún dientes vestigiales en la garganta, pero se cree que la mayoría de los dientes faríngeos se trasladaron a la boca, quizás a medida que se desarrolló evolutivamente la mandíbula.
Uno de los indicios en favor de esa idea consiste en que la actividad genética programada que hace que se formen los dientes es distinta de las instrucciones que llevan a la formación de la mandíbula, aunque ambas estructuras crecen de forma coordinada. La unión de dientes y mandíbulas, sin embargo, fue probablemente lo que dio lugar a formas de dientes especializadas. Al llegar el décimo día del desarrollo de un embrión humano se están produciendo ya las señales moleculares que inician la formación de los dientes entre dos capas de tejido embrionario. Al mismo tiempo, las señales de la mandíbula en proceso de crecimiento imprimen una forma al diente primordial que ya no podrá cambiar. Incluso cuando el brote inicial de un futuro molar se trasplanta a una zona distinta de la mandíbula, el diente final se convertirá en aquello a lo que está destinado por su situación original.
Por desgracia, cuesta recapitular en el laboratorio unos quinientos millones de años de evolución. Como los dientes nacientes dependen de la información de la mandíbula embrionaria en crecimiento, el trabajo dirigido a generar nuevos dientes a partir de células madre dentales se centra en su formación en el lugar deseado dentro de la boca; pero aún no está claro que la mandíbula adulta pueda proporcionar las señales necesarias.
La placenta
Procede evolutivamente de una membrana de la cáscara del huevo.
Por Davide Castelvecchi
Hace más de 120 millones de años, mientras los dinosaurios gigantes se enzarzaban en las selvas, ocurría en el sotobosque del Cretácico un espectáculo más tranquilo: cierto linaje de seres diminutos y peludos dejó de poner huevos y parió crías vivas. Se trataba de los ascendientes de casi todos los mamíferos actuales (a excepción de ornitorrincos y equidnas, que hoy en día todavía ponen huevos).
Lo que hace posible el nacimiento con vida de los mamíferos es un órgano singular, la placenta, que envuelve al embrión en desarrollo y regula el flujo de nutrientes y gases entre el feto y la madre a través del cordón umbilical.
La placenta parece haber evolucionado a partir del corion, una membrana delgada que reviste el interior de la cascara de los huevos y sirve a los embriones de reptiles y aves para obtener oxígeno. Los canguros y otros marsupiales poseen y necesitan sólo una placenta rudimentaria: tras una corta gestación, sus crías, del tamaño de una alubia, finalizan su desarrollo mientras maman en la bolsa de la madre. Sin embargo, los humanos y la mayoría de los mamíferos requieren una placenta que extraiga los nutrientes de la sangre de la madre durante una prolongada gestación.
Estudios recientes han demostrado que la complejidad de la placenta se debe, en parte, a la manera en que diferentes genes de la misma se activan a lo largo del tiempo. Al principio del desarrollo embrionario, las placentas de los ratones y de los humanos dependen del mismo conjunto de genes antiguos relacionados con la proliferación celular. Pero hacia el final de la gestación, aunque la placenta no altere aparentemente su aspecto, recurre a genes más modernos y exclusivos de la especie. De ese modo, las placentas están adaptadas a las necesidades de mamíferos con diferentes estrategias reproductoras: basta comparar a los ratones, cuya gestación dura tres semanas y paren 12 o más crías, y a los humanos, que a los nueve meses dan a luz sólo una.
Para que la placenta, que, antes que otra cosa, es un órgano del feto, perdure más de una o dos semanas, debe evitar que el sistema inmunitario de la madre la rechace. Para ello, despliega un ejército mercenario de retrovirus endógenos, genes víricos insertados en el ADN de los mamíferos. Se ha observado a dichos virus emergiendo de las membranas celulares de la placenta. Es posible que desempeñen la función crucial de apaciguar el sistema inmunitario de la madre para que acepte la placenta (así es como ayudan a algunos tumores a sobrevivir).
