Un microbio devorador de microbios aclara un paso crucial de la evoluci¨®n de la vida en la Tierra

El estudio de un microbio microsc¨®pico que vive en lagos y mares aclara hoy c¨®mo sucedi¨® uno de los cap¨ªtulos m¨¢s importantes para la evoluci¨®n de la vida en la Tierra: la aparici¨®n de c¨¦lulas complejas hace 2.500 millones de a?os.

Todos los animales, plantas y hongos estamos hechos de varias c¨¦lulas eucariotas, que tienen org¨¢nulos internos a diferencia de las bacterias y arqueas unicelulares. La mayor¨ªa de cient¨ªficos piensa que su origen est¨¢ en un microbio que se trag¨® a otro. En lugar de digerirlo como hab¨ªa hecho hasta entonces, sucedi¨® una relaci¨®n espont¨¢nea de dependencia¡ªel microbio grande aport¨® protecci¨®n del exterior y el peque?o, alimento¡ª. 2.500 millones de a?os de evoluci¨®n conjunta despu¨¦s, miles de mitocondrias emparentadas con aquel microbio devorado flotan en el interior de cada una de nuestras c¨¦lulas y transforman el alimento en la energ¨ªa que necesita el cerebro para pensar o el coraz¨®n para latir. Gracias a otros org¨¢nulos ¡ªlos cloroplastos¡ª las plantas pueden alimentarse de luz haciendo fotos¨ªntesis.

La aparici¨®n de la c¨¦lula moderna ¡°fue una revoluci¨®n para la evoluci¨®n de la vida en la Tierra¡±, resume Victoria Calatrava, bioqu¨ªmica del Instituto de Ciencia Carnegie (EE UU). ¡°Sin ella nuestro planeta no se parecer¨ªa en nada a c¨®mo la vemos hoy, ni estar¨ªamos aqu¨ª para contarlo¡±, a?ade. El objetivo de esta cordobesa de 32 a?os es demostrar c¨®mo sucedi¨® exactamente esa uni¨®n. Es una cuesti¨®n endiablada porque los rastros moleculares se han diluido casi por completo despu¨¦s de tanto tiempo.

Calatrava lidera un estudio que arroja luz sobre el origen de nuestras c¨¦lulas estudiando el microbio acu¨¢tico Paulinella micropora. Este organismo es la uni¨®n de una ameba que devor¨® a una cianobacteria, un microbio capaz de hacer fotos¨ªntesis.

Este tipo de endosimbiosis solo se ha producido dos veces en toda la historia de la evoluci¨®n. Una sucedi¨® hace 1.500 millones de a?os y dio lugar a los cloroplastos que aportan energ¨ªa a todas las plantas. La segunda es la de Paulinella, que pas¨® hace apenas 120 millones de a?os. Esto la convierte en una f¨®sil viviente. Muchas de las huellas borradas por la evoluci¨®n en otros organismos siguen visibles en esta ameba.

En un estudio publicado hoy en la revista PNAS, de la Academia Nacional de Ciencias de EE UU, Calatrava y el resto de su equipo explican c¨®mo sucedi¨® la uni¨®n de dos seres vivos tan diferentes, lo que a su vez bien podr¨ªa explicar lo que sucedi¨® hace 2.500 millones de a?os con la aparici¨®n de mitocondrias en la primera c¨¦lula compleja.

Los genes de la bacteria fotosint¨¦tica comenzaron a saltar fuera de ella y a incorporarse al genoma de la ameba hospedadora. Un proceso conocido como retrotransposici¨®n hizo que algunos genes se copiasen muchas veces y que su funcionamiento fuera m¨¢s eficiente. Los cient¨ªficos han demostrado que este proceso de adaptaci¨®n permiti¨® a la ameba potenciar los genes que permiten tolerar compuestos t¨®xicos asociados a la fotos¨ªntesis, que de otro modo la hubieran matado durante la uni¨®n.

Fue un paso irreversible. La bacteria cedi¨® tantos genes que ya no pod¨ªa vivir sola y su hu¨¦sped cambi¨® tanto su metabolismo que ser¨ªa incapaz de volver a ser un depredador. ¡°Ambos se benefician de la existencia del otro y son completamente dependientes¡±, explica Calatrava, que invita a no ver este proceso como algo bondadoso. ¡°No creo que se trate de una relaci¨®n cooperativa en la que ambos salen ganando la partida; m¨¢s bien no les queda m¨¢s remedio que mantenerse vivos el uno al otro para no extinguirse¡±, destaca.

Esta condena a compartir recursos sigue caracterizando la vida en la Tierra. Solo hay que pensar que una persona est¨¢ compuesta por 30 billones de c¨¦lulas humanas y contiene otros 39 billones de bacterias que viven en su sistema digestivo. Sin ellas no podr¨ªa digerir alimentos. Las bacterias, a cambio, ganan un entorno con menos depredadores que fuera del cuerpo. Nada impide que estas relaciones puedan romperse, como sucede a menudo con las infecciones por bacterias resistentes a antibi¨®ticos. Estos organismos que amenazan con revertir los mayores avances de la medicina intercambian mecanismos de resistencia usando un proceso de transferencia gen¨¦tica similar al descrito en la ameba Paulinella. ¡°Nuestros resultados sugieren que este mecanismo ha sido crucial para la domesticaci¨®n de genes extranjeros en el contexto de la endosimbiosis y parece muy probable que haya sido clave para la estabilizaci¨®n de endosimbiontes y la evoluci¨®n de org¨¢nulos en otros sistemas¡±, resalta Calatrava.

Juli Peret¨®, experto en biolog¨ªa sint¨¦tica de la Universidad de Valencia, destaca la importancia de este estudio. ¡°La vida en la Tierra surgi¨® hace unos 3.500 millones de a?os en forma de bacterias y arqueas. Estas inventaron la respiraci¨®n y la fotos¨ªntesis. 1.000 millones de a?os despu¨¦s, una arquea fagocit¨® a una bacteria y surgieron las c¨¦lulas complejas. Y otros 1.000 millones de a?os despu¨¦s aparece una nueva uni¨®n entre bacterias fotosint¨¦ticas y otro microbio que da lugar a los cloroplastos que hacen fotos¨ªntesis en las plantas. Este trabajo en Paulinella es como un fotograma aislado que nos permite reconstruir la pel¨ªcula de c¨®mo empez¨® todo¡±, resalta.

¡°Tiene sentido que todo sucediese de la forma que propone este estudio, aunque es dif¨ªcil determinarlo¡±, opina Toni Gabald¨®n, investigador ICREA en el Instituto de Investigaci¨®n Biom¨¦dica de Barcelona. El bi¨®logo cree que el intercambio de genes entre la bacteria y la ameba fue como quien se descarta una vez y pasa de tener una pareja a un p¨®ker: un proceso de mejora acelerada. Lo ¨²nico que queda por demostrar es si esa jugada afortunada explica el origen de todos los eucariotas o solo de los que realizan fotos¨ªntesis.

En esta carrera por aclarar los or¨ªgenes de nuestras c¨¦lulas la Paulinella tiene un claro competidor: la arquea de Asgard. Hace dos a?os, cient¨ªficos japoneses anunciaron que hab¨ªan conseguido criar por primera vez a estas criaturas fuera de su h¨¢bitat de las profundidades marinas. Los investigadores creen que es otro f¨®sil viviente. Estos organismos miden una diezmil¨¦sima de cent¨ªmetro y se reproducen muy despacio para los est¨¢ndares de un microbio, m¨¢s o menos una vez al mes. Lo m¨¢s llamativo son sus largos tent¨¢culos entrelazados. Los cient¨ªficos a¨²n no saben para qu¨¦ los usan, pero opinan que son esenciales para explicar c¨®mo surgi¨® la vida compleja a partir de organismos muy parecidos a estos.

¡°El descubrimiento de las arqueas de Asgard nos ayudar¨¢ mucho a entender el origen de las c¨¦lulas complejas¡±, opina I?aki Ruiz-Trillo, investigador del Instituto de Biolog¨ªa Evolutiva. ¡°Soy optimista y creo que lograremos aclarar este tema. Sabemos mucho m¨¢s ahora que hace 20 a?os y sabremos m¨¢s en un tiempo. Incluso cualquier d¨ªa un nuevo eucariota basal o una nueva arquea nos puede dar pistas que ahora ni podemos so?ar¡±, resalta.

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