El enigma del origen de la c¨¦lula moderna

Oculta en lo m¨¢s profundo de cada una de nuestras c¨¦lulas, disfrazada como uno m¨¢s de sus departamentos de gesti¨®n e integrada hasta la m¨¦dula en su l¨®gica metab¨®lica, habita una primitiva bacteria que nad¨® libre por los oc¨¦anos del e¨®n Arcaico, hace 2.500 millones de a?os. Hoy la llamamos mitocondria, y lo que queda de su genoma ¨Cel ADN mitocondrial¡ª sirve a menudo para identificar a los criminales y a sus v¨ªctimas. Entender c¨®mo aquella bacteria libre se convirti¨® en nuestra mitocondria es entender el origen de la c¨¦lula moderna, y el episodio m¨¢s importante de la evoluci¨®n desde el inicio de la vida.

Alexandros Pittis y Toni Gabald¨®n, del Centro de Regulaci¨®n Gen¨®mica de Barcelona (CRG), han husmeado ahora en la noche de los tiempos, remont¨¢ndose hasta los or¨ªgenes de la c¨¦lula moderna ¨Cla c¨¦lula eucariota, de la que estamos hechos todos los animales, los hongos y las plantas¡ª con los m¨¦todos actuales de la biolog¨ªa evolutiva, unos sofisticados algoritmos que comparan los genomas para deducir los ¨¢rboles geneal¨®gicos de sus portadores. Los resultados, que presentan en la revista Nature, son f¨¢ciles de resumir: las mitocondrias llegaron tarde a nuestras c¨¦lulas. Para entenderlos, sin embargo, tenemos que retrasar el reloj 2.500 millones de a?os, hasta el suceso esencial de la historia de la vida en la Tierra.

Nuestro planeta tiene 4.500 millones de a?os, un tercio de la edad del universo, y los primeros microbios (c¨¦lulas procariotas, en la jerga, que incluyen bacterias y arqueas) no tardaron mucho en aparecer: hay evidencias f¨®siles de hace 3.500 millones de a?os, y el planeta era probablemente un infierno en la etapa anterior. Pese a ello, la gran invenci¨®n evolutiva de la historia de la vida, la c¨¦lula eucariota, solo surgi¨® hace 2.000 o 2.500 millones de a?os.

Entender c¨®mo aquella bacteria libre se convirti¨® en nuestra mitocondria es entender el origen de la c¨¦lula moderna, y el episodio m¨¢s importante de la evoluci¨®n desde el inicio de la vida

La c¨¦lula eucariota es un aut¨®mata biol¨®gico mucho m¨¢s avanzado que las bacterias y arqueas que la precedieron. Tiene el genoma organizado en cromosomas de compleja estructura y confinado en un n¨²cleo, que le da el nombre ¡°eucariota¡± (las bacterias y arqueas tienen el ADN suelto, sin un n¨²cleo, y por eso se llaman procariotas). Adem¨¢s, tienen un sofisticado andamiaje, o citoesqueleto, que permite a nuestras neuronas, por ejemplo, formar sus largos axones y dendritas. Y tiene org¨¢nulos (peque?os ¨®rganos), como las mitocondrias, que producen y gestionan la energ¨ªa celular.

Los evolucionistas saben hoy que las mitocondrias provienen de antiguas bacterias, y que nuestro genoma contiene genes de bacterias y de arqueas. La teor¨ªa dominante, de hecho, es que la c¨¦lula eucariota se origin¨® por la fusi¨®n de una arquea y una bacteria, y que la mayor parte de los genes de la bacteria se asociaron a los de la arquea para formar el n¨²cleo. Pittis y Gabald¨®n ha mostrado que no es as¨ª.

¡°Hay teor¨ªas para todos los gustos¡±, dice Gabald¨®n, ¡°y algunas son muy bonitas, como la de que el n¨²cleo surgi¨® como un mecanismo de defensa contra las mitocondrias¡±. Pero no son m¨¢s que teor¨ªas, advierte. Los dos cient¨ªficos del CRG han buscado datos firmes, y han podido refutar la teor¨ªa dominante.

¡°Los genes de las prote¨ªnas mitocondriales tienen las ramas m¨¢s cortas, en los ¨¢rboles filogen¨¦ticos, que los que hace las prote¨ªnas del n¨²cleo y de otras estructuras celulares¡±, dice Gabald¨®n. ¡°Y el n¨²cleo ya era una combinaci¨®n de genes de bacterias y arqueas antes de la llegada de las alfa-proteobacterias, las bacterias precursoras de las mitocondrias¡±. El origen de la c¨¦lula moderna no fue, por tanto, un suceso ¨²nico de simbiosis, sino una simbiosis serial.

Hay teor¨ªas para todos los gustos, y algunas son muy bonitas, como la de que el n¨²cleo surgi¨® como un mecanismo de defensa contra las mitocondrias

Las prote¨ªnas m¨¢s viejas de la c¨¦lula eucariota provienen sobre todo de arqueas, seg¨²n los datos de los investigadores de Barcelona. Se ocupan de las funciones autoalusivas de nuestras c¨¦lulas: la replicaci¨®n del genoma, su transcripci¨®n (o copia a ARN, una mol¨¦cula similar al ADN, pero con una sola hilera de letras en vez de dos) y la traducci¨®n de ¨¦ste al lenguaje de las prote¨ªnas, que son las nanom¨¢quinas que ejecutan todas las funciones celulares.

Las prote¨ªnas de edad intermedia son de origen bacteriano, pero no de las alfa-proteobacterias que originaron las mitocondrias, sino de otros grupos de bacterias muy distintos. Curiosamente, estas prote¨ªnas est¨¢n hoy, sobre todo, en los sistemas de membranas intracelulares (ret¨ªculo endopl¨¢smico y aparato de Golgi, llamado as¨ª por el gran rival de Ram¨®n y Cajal).

Como toda buena investigaci¨®n, la de Pittis y Gabald¨®n plantea m¨¢s preguntas que respuestas. Una de las mejores es: ?de qu¨¦ bacteria salieron esos sistemas membranosos, junto a los genes para fabricar sus prote¨ªnas? Gabald¨®n se muestra cauto: ha visto caer demasiadas teor¨ªas bonitas en los ¨²ltimos 20 a?os.