Eucariotas: un nuevo descubrimiento sobre el origen de la vida

Una nueva investigación desvela un momento crucial en la formación de las células eucariotas, el momento en que incorporaron mitocondrias a su estructura. Las células eucariotas aparecieron en la Tierra hace 1,7 mil millones de años, y son la base de la vida basada en el oxígeno, es decir, la base de que la Tierra se convirtiera en el único lugar conocido en el universo habitado por pájaros, hierba, setas y humanos

Antes hubo bacterias. Hace unos 3700 millones de años aparecieron sobre la Tierra los primeros seres vivos, bacterias arcaicas. Fue necesario un prodigio biológico para que aparecieran unas células más complejas, las eucariotas, que son el origen de todos los seres vivos que hayan existido y existen. Sin ellas el planeta sería hoy residencia de millones de conglomerados de bacterias, y nada más.

Aparecieron en la Tierra hace aproximadamente 1,7 mil millones de años y su llegada supuso el que podría considerarse el evento de transformación biológica más importante para la historia de la vida.

Un estudio colaborativo, publicado en Nature,  entre los grupos de Toni Gabaldón, investigador ICREA del Instituto de Investigación en Biomedicina (IRB Barcelona) y del Barcelona Supercomputing Center (BSC-CNS), y Berend Snel en la Universidad de Utrecht, aporta un poco más de luz a como se produjo ese extraordinario proceso.   

Cómo empezaron a formarse

Durante aproximadamente la primera mitad de la historia de la vida en la Tierra, las únicas formas de vida fueron células relativamente simples, arcaicas bacterias. Hasta que llegaron las eucariotas y todo se hizo más complejo.

«Las células eucariotas son más grandes, contienen más ADN y están formadas por compartimentos, cada uno con su propia tarea», explica el primer autor del estudio, Julian Vosseberg. «En ese sentido, se pueden comparar las células bacterianas con una tienda de campaña, mientras que las células eucariotas se parecen más a casas con varias habitaciones».

Cómo y cuándo los organismos cambiaron la tienda de campaña por una casa sigue siendo un misterio, ya que no existen formas intermedias que permitan observarlo. Pero hay algunas cosas que sí se saben.

La aparición de las células eucariotas se dio a partir de organismos ancestrales anaerobios hace aproximadamente 1,7 mil millones de años. ¿Cómo ocurrió?

No había ninguna respuesta científica seria a esta pregunta fundamental en el desarrollo de la vida  hasta que Lynn Margulis, bióloga estadounidense, considerada una de las principales figuras en el campo de la evolución biológica, propuso, en la década de los sesenta del siglo XX, una hipótesis revolucionaria que enunciaba que los eucariontes eran el producto de una célula procariota que se «tragó» a otra célula, y así, un ser vivo anidó para siempre dentro de otro.

Chiristian de Duve, Premio Nóbel de Fisiología y Medicina, lo explica así: “los endosimbiontes (un organismo que habita en el interior de otro organismo. ) fueron engullidos por una célula de mayor dimensión, que ya había adquirido muchas de las propiedades que hoy definen a las células eucariotas. Muchas células eucariotas actuales, los leucocitos, por ejemplo, engullen procariotas”. Y así, uniendo formas simples por el poderoso efecto de la fagocitación, todo se fue haciendo más complejo.

Las mitocondrias alguna vez fueron bacterias de vida libre, y en algún momento fueron absorbidas por los ancestros de las células eucariotas actuales

La llegada de las mitocondrias

Un momento importante de la evolución de esa célula eucariota más compleja fue el origen de las mitocondrias. Las mitocondrias son las «plantas de energía» de nuestras células.

Las mitocondrias alguna vez fueron bacterias de vida libre, y en algún momento fueron absorbidas por los ancestros de las células eucariotas actuales.

El estudio que acaban de publicar en Nature de Toni Gabaldón, investigador ICREA del Instituto de Investigación en Biomedicina (IRB Barcelona) y del Barcelona Supercomputing Center (BSC-CNS), y Berend Snel en la Universidad de Utrecht, explica que ha encontrado que una gran cantidad de la maquinaria celular compleja había evolucionado ya antes de la simbiosis con las mitocondrias, incluido el desarrollo del transporte dentro de la célula y el citoesqueleto.

“Nuestro estudio sugiere que el huésped ancestral que adquirió el endosimbionto mitocondrial ya había desarrollado cierta complejidad en términos de un citoesqueleto dinámico y tráfico de membranas” dice Gabaldón: “esto podría haber favorecido el establecimiento de asociaciones simbióticas con otros microorganismos, incluido el ancestro mitocondrial, que eventualmente se integró a la célula”.

¿Cómo han averiguado esto?

El punto de partida es que la duplicación de genes (al comerse unas células a otras) probablemente impulsó el aumento de la complejidad celular, así que los investigadores intentaron reconstruir los eventos evolutivos basándose en estos cambios genéticos.

“Podemos usar el ADN de especies contemporáneas para reconstruir eventos evolutivos. Nuestros genes se formaron a lo largo de eones de evolución. Han cambiado drásticamente durante ese tiempo, pero todavía tienen ecos de un pasado lejano «, agrega el autor principal del trabajo, Julain Vosseberg: “Tenemos una gran cantidad de material genético disponible, de una variedad de organismos, y podemos usar computadoras para reconstruir la evolución de miles de genes, incluidas las duplicaciones de genes antiguos. Estas reconstrucciones nos han permitido descubrir el momento de los pasos intermedios importantes de las células eucariotas».

Según han demostrado: “la simbiosis no fue un evento que sirvió de catalizador para todo lo demás. Observamos un pico en las duplicaciones de genes mucho antes en el tiempo, lo que indica que la complejidad celular ya había aumentado antes de ese momento”, dice Berend Snel.

Artículo de referencia :
cronometrar el origen de la complejidad celular eucariota con duplicaciones antiguas.
Julian Vosseberg, Jolien JE van Hooff, Marina Marcet-Houben, Anne van Vlimmeren, Leny M. van Wijk, Toni Gabaldón y Berend Snel.
Ecología y evolución de la naturaleza (2020). DOI: 10.1038 / s41559-020-01320-z