- Hallan nuevos relojes moleculares que miden el envejecimiento y predicen la mortalidad
- La momia de Özti, el hombre de hielo, es una despensa de microbios milenarios
Un importante estudio publicado en Nature liderado por investigadores españoles replantea el origen celular como una historia ancestral de alianzas microbianas que dio lugar a los complejos organismos pluricelulares de los seres vivos que hoy conocemos. El artículo contribuye a desentrañar el misterio de cómo y por qué surgieron las intrincadas relaciones de las células que conforman nuestro organismo y permiten que la vida exista.
El origen y el proceso por el que surgieron las células eucariotas es aún una de las grandes preguntas de la biología desde que Lynn Margulis* propusiera que la mitocondria celular (la central eléctrica de la célula) fuera el fruto de la simbiosis de una bacteria aeróbica fagocitada por una célula eucariota primitiva de la que se hizo esclava.
Esta idea dio origen a la teoría endosimbiótica o simbiogénesis, uno de los pilares de la biología moderna y la física celular, que explica cómo la vida pasó de ser un conjunto de células simples y primitivas (procariotas, como las bacterias y las arqueas) a células complejas con órganos internos (eucariotas) relacionadas entre sí que conforman el organismo de todos los seres vivos. En este proceso habría sido clave el papel de la mitocondria, que proveyó a estas relaciones simbióticas de células primitivas de un superávit energético que les permitió desarrollar estructuras genéticas cada vez más complejas: una especie de motor económico de la actividad biológica.
Ahora, una investigación española del Instituto de investigación biomédica (IRB Barcelona) y el Barcelona Supercomputing Center (BSR) coordinado por el biólogo y bioquímico Toni Gabaldón replantea esta hipótesis. Más allá del protagonismo que se le atribuye a la mitocondria, propone que el proceso de la simbiogénesis fue más largo y complejo de lo que se pensaba, prolongándose durante cientos de miles de años. También sugiere que en este proceso de desarrollo de células eucariotas contribuyeron al menos otras dos bacterias diferentes a las que se creía y además se produjeron disintos periodos de transferencia génica horizontal desde bacterias y virus gigantes. Los resultados, que se publican en Nature, sugieren un proceso mucho más dilatado y gradual de intercambios entre microorganismos.
"El origen de la célula compleja es, sin duda, una de las transiciones más importantes en la historia de la vida en nuestro planeta. Sin ella no hubiera sido posible la posterior evolución de los animales pluricelulares como plantas, insectos, anfibios, reptiles y mamíferos, incluyendo a los seres humanos. Es también una de las transiciones más abruptas y enigmáticas", explica Jordi Bascompte, catedrático de Ecología en el departamento de Biología Evolutiva y Estudios Ambientales de la Universidad de Zúrich.
"Este trabajo contribuye a nuestra comprensión de dicha transición proporcionando evidencias muy sólidas de que hubo múltiples eventos de incorporación de componentes genéticos de diversos procariotas, incluso antes del famoso evento de endosimbiosis entre la célula huésped, una arquea y el procariota que dio lugar a las mitocondrias", continúa este experto en SMC España.
"Estos nuevos resultados abren la puerta a una comprensión más detallada de este importante hito evolutivo y "abre las puertas a futuros desarrollos que permitan entender qué tipo de innovaciones en el proceso de regulación genética fueron capaces de lidiar con este origen a partir de múltiples organismos de la célula eucariota. Esencialmente, cómo la vida fue capaz de pasar de un sistema operativo a otro muy diferente, de pasar de una red de regulación genética a una red de redes".
Un ancestro común
"El grupo de Gabaldón permite reconstruir el proteoma del último antepasado común de los eucariotas (LECA), y analiza las contribuciones de otros linajes a su genoma quimérico", añade Juli Peretó, catedrático de Bioquímica y Biología Molecular en la Universidad de Valencia. "Refuerza la idea de que la eucariogénesis siguió un modo evolutivo genéticamente mestizo (mucho más complejo que el encuentro binario arquea-bacteria) marcado por un tempo dilatado, coherente con sus ideas anteriores sobre un origen tardío de la mitocondria".
"Más allá de las aportaciones de los dos socios ampliamente reconocidos en el origen de la célula eucariota (una arquea antepasada de las actuales Asgard y una alfa-proteobacteria, la precursora de la mitocondria), debió de haber muchas otras transferencias horizontales de genes desde bacterias y virus en el camino de construcción del genoma de LECA.
Además, "identifican al menos dos oleadas de transferencias genéticas hacia el huésped arqueano, antes de la emergencia de la mitocondria. Además, aporta hipótesis sobre el contexto ecológico de los tapetes microbianos en el que se debieron producir estos encuentros que resultaron en la complejidad eucariótica".
"Los autores tratan uno de los problemas fundamentales de la biología: entender el origen de la célula eucariota", y "refuenza la idea que ya se había sugerido en un artículo anterior de Toni Gabaldón: que la mitocondria fue una incorporación relativamente tardía. Esto va en contra de una visión más clásica en la que la adquisición temprana de la mitocondria habría sido el motor principal de la evolución de la complejidad eucariota". añade Arnau Sebé Pedrós, profesor de investigación ICREA en el Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona.
"El estudio también sugiere que la transferencia horizontal de genes desde otras bacterias (y desde virus gigantes) fue un factor clave para explicar el origen de parte de los genes eucariotas. En este sentido, el trabajo propone una visión más compleja y gradual del origen de la célula eucariota, en la que distintas interacciones microbianas habrían contribuido a formar el repertorio génico de los primeros eucariotas. Este sea quizás el mensaje más novedoso".
"Ejemplifica a la perfección cómo la secuenciación masiva y el análisis comparado de genomas a lo largo del árbol de la vida están transformando nuestra capacidad para reconstruir, poco a poco, las grandes transiciones evolutivas del pasado".
Berend Snel, catedrático en la Universidad de Utrecht, Países Bajos, coincide en que "la cuestión del origen de la célula eucariota es de una importancia fundamental: la divergencia básica en la estructura celular, que separa a las bacterias y las cianobacterias del resto de organismos celulares, representa la mayor discontinuidad evolutiva que se puede encontrar en el mundo actual".
Snel explica que el estudio responde a la importante cuestión de determinar qué genes poseía el ancestro común de los eucariotas y de dónde provenían (es decir, de qué especies). "Demuestra claramente que, a diferencia de modelos anteriores, otras bacterias e incluso quizás virus contribuyeron a los genes del ancestro eucariota (...): múltiples oleadas de transferencia horizontal de genes (...) y un tapete microbiano podrían haber moldeado el genoma, el metabolismo y la biología celular del protoeucariota". Una hipótesis respaldada por un análisis a gran escala de datos genómicos", apunta.
UV* Lynn Margulis (Chicago, EEUU, 1938-2011) doctora en Genética por la Universidad de California-Berkeley, desafió las bases de la teoría de la evolución de Darwin proponiendo que no sólo existe una evolución gradual (teoría de la selección natural), sino que un suceso brusco y ocurrido una sola vez en la historia puede producir grandes saltos evolutivos.
Propuso que la evolución surge de la interacción y la colaboración y no tanto de mutaciones al azar en los genes de los organismos, seleccionadas de forma natural por la competencia entre especies. Su teoría chocaba frontalmente con los pilares del neodarwinismo, la teoría ampliada que parte de la evolución de Darwin.
Esta bióloga revolucionó la teoría de la evolución dando la solución a un enigma: las células eucariotas (células con núcleo que se encuentran en animales, plantas y hongos) aparecieron como consecuencia de la simbiosis de otras células más simples y sin núcleo (las procariotas, que son bacterias y arqueas).
Estos planteamientos no eran totalmente originales, sino que compendió hallazgos de autores olvidados, como los rusos Konstantín Merezhkovsky y Boris Kozo-Polyansky, que la microbióloga amplió y completó: su papel fue fundamental en su difusión y posterior aceptación generalizada con la publicación su primer artículo en 1967 On the origin of mitosing cells publicado en la revista Journal of Theoretical Biology.
Margulis partió de la simbiosis de la mitocondria para desarrollar la teoría endosimbiótica: las células eucariotas y todos sus orgánulos surgieron como consecuencia de procesos de combinación entre diferentes organismos.
Su trabajo supuso un cambio de paradigma sobre el origen la vida compleja, la cooperación biológica, que identificaba la cooperación y la asociación como un factor decisivo en la evolución de los organismos, lo que tuvo un inmenso impacto en la historia evolutiva y abrió una nueva ventana en las ciencias de la vida. Hoy día la genómica moderna le ha dado la razón.
La microbióloga también hizo grandes aportaciones a la teoría de Gaia de James Lovelock, que defiende que la presencia de vida en el planeta ha contribuido a inducir el mantenimiento de unas condicionas idóneas para la biosfera.
Fuentes: Museo de Ciencias Naturales, National Geographic. BBVA Open Mind. Universidad de Vàlencia.
Una realidad mucho más compleja e interesante
También William C. Ratcliff, profesor e investigador en el departamento de Biología del Instituto Tecnológico de Georgia, EEUU, señala que el artículo replantea la explicación convencional de la eucariogénesis suele centrarse en un único evento simbiótico: una arquea Asgard que incorpora una alfaproteobacteria, esta se convierte en la mitocondria, y a partir de ahí todo se desarrolla. "La realidad fue mucho más compleja e interesante".
En conjunto, el artículo presenta argumentos convincentes de que la eucariogénesis no fue una transición de fase desencadenada por un único evento, sino un proceso gradual de ensamblaje genético a partir de un entorno microbiano diverso, y nos muestra cuánto nos queda por aprender sobre cómo se desarrolló dicho proceso".
"El linaje protoeucariota adquirió genes de múltiples grupos bacterianos no relacionados durante un periodo de tiempo probablemente muy extenso y la endosimbiosis mitocondrial, si bien importante, fue solo un episodio en una historia mucho más larga de interacciones. Tendemos a sobrevalorar la mitocondria en nuestra concepción de los orígenes eucariotas, y este artículo corrige esa idea".
Además, tiene una lógica impecable. "Si las arqueas de Asgard fueron capaces de establecer una relación simbiótica con un linaje bacteriano, internalizando gran parte de su genoma, no hay razón para suponer que esa fuera la única interacción de este tipo. Estos organismos estaban integrados en complejas comunidades microbianas, y las huellas de esas interacciones ecológicas aún son legibles en los genomas eucariotas miles de millones de años después". Esto también plantea la cuestión de si algunos de estos genes provenían de endosimbiontes anteriores que se perdieron, quizás antes del inicio de la simbiosis que dio origen a la mitocondria. Tendemos a olvidar la ecología cuando analizamos la reconstrucción genómica antigua desde una perspectiva más amplia, y este trabajo nos recuerda su enorme importancia". "El hallazgo del virus es particularmente fascinante", añade, y refuerza la idea de que los virus desempeñan un papel fundamental en la dinámica evolutiva a largo plazo.
"El origen de la célula eucariotica es un misterio que solo se ha resuelto parcialmente. La teoría de la unión entre ancestros de la mitocondria y arqueobacterias, de la que fue pionera Lynn Margulis, abrió las puertas para explorar el problema con ideas poco ortodoxas", contextualiza Alfonso Martínez Arias, profesor de investigación ICREA Senior e investigador en Sistemas de Bioingeniería-MELIS de la Universidad Pompeu Fabra. "En lugar de transformaciones graduales clásicas, proponía la existencia de saltos fenotípicos derivados de fusiones entre organismos. Con los años, se han ido acumulando datos en apoyo de esta teoría, pero la complejidad de la célula eucariota indica que esa fusión ancestral no puede dar cuenta de la complejidad".
"Este trabajo presenta evidencia sólida y provocativa de varios ciclos de invasiones y adquisiciones parasíticas que, al parecer, predatan la invasión que daría lugar a la mitocondria. Quizás estas invasiones y fusiones prepararon el terreno para otras posteriores. El supuesto papel de los virus en estos procesos evolutivos tempranos es particularmente interesante, pues se sabe que han participado en otros posteriores".
Un microbio nadador como ancestro común
Iñaki Ruiz-Trillo, investigador principal en el Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF), apunta unacuestión conceptual: qué entendemos exactamente por LECA. "Tradicionalmente se ha tendido a imaginar LECA [Último Ancestro Común Eucariota] como una célula individual bien definida y creo que los autores lo ven así. Sin embargo, una visión alternativa es considerar LECA como una población diversa, posiblemente con estructura pangenómica, en la que distintos individuos compartían un núcleo común de genes, pero mantenían repertorios accesorios variables".
"Si esta visión es correcta, reconstruir la historia de LECA gen por gen puede resultar problemático. Quizá la pregunta más relevante no sea "¿de qué bacteria procede este gen?", sino "¿qué reservorio génico estaba disponible en las poblaciones ancestrales que dieron lugar a los eucariotas?". El foco pasaría así de una célula ancestral concreta a una población ancestral dinámica."
"Desde esta perspectiva, los resultados del artículo no serían tanto una demostración de asociaciones exclusivas con determinados grupos bacterianos como una confirmación de que la eucariogénesis tuvo lugar en un contexto de intensa conectividad genética dentro de comunidades microbianas complejas".
El trabajo concuerda con una visión emergente del ancestro unicelular de todos los organismos complejos modernos (denominado LECA, el último ancestro común eucariota) como un microbio nadador con miles de genes y con gran parte de la complejidad de las células modernas ya presente hace entre 1.500 y 1.800 millones de años, añade Edward M. Marcotte, profesor de Bioquímica en la Universidad de Texas en Austin. "Los autores demuestran que los genes de LECA surgieron de múltiples ancestros anteriores, una combinación de genes de diferentes ramas del árbol de la vida microbiana e incluso de virus. Este trabajo, junto con el de otros grupos, nos ofrece una visión de los primeros pasos en la evolución de los organismos complejos modernos.
"Como ocurre con cualquier intento de remontarse tan atrás en el tiempo, incluso si la visión general es correcta, preveo que los detalles seguirán perfeccionándose y cambiando ligeramente con futuros análisis. En particular, a medida que la comunidad científica mundial continúa descubriendo más ramas de la vida microbiana, podemos esperar estimaciones cada vez más precisas del origen de los genes modernos".
Este experto menciona otro artículo publicado la semana pasada por su grupo en Cell Genomics que sescribe la determinación de los genes codificadores de proteínas (el proteoma) presentes en LECA y luego aborda la cuestión de cómo estas proteínas se organizaron en 'máquinas moleculares', capturando la organización física de la maquinaria bioquímica básica en este ancestro crítico de toda la vida compleja moderna.
"El artículo del grupo de Toni Gabaldón también define primero los genes en LECA, pero luego aborda la cuestión de su origen, es decir, su ascendencia: ¿surgieron de ancestros bacterianos o arqueales? ¿Se pueden determinar estos orígenes con mayor precisión? Nuestros dos artículos son bastante complementarios (...) si bien ambos grupos describen los genes de LECA, nuestro trabajo los utiliza como punto de partida para estudiar genes y enfermedades modernas, mientras que el trabajo de Bernabeu, Manzano-Morales, Marcet-Houben y Gabaldón los utiliza para remontarse aún más en el tiempo y estudiar el origen de los genes de LECA".
Nature https://www.nature.com/articles/s41586-026-10639-9
Hacer dos horas semanales de entrenamiento de fuerza reduce un 13% la mortalidadSequías de viento: la amenaza para la energía eólica y la salud que vigila el CSICLa momia de Özti, el hombre de hielo, es una despensa de microbios milenarios Comentar ÚLTIMA HORA-
18:14
Muere López de Arriortúa, el español que ayudó a reflotar GM y luego fue denunciado por Opel
-
17:42
Noma reabre en Copenhague y estrena jefes
-
17:26
B&B construirá un nuevo hotel en Sagunto y otro en Castellón
-
17:18
Indra y Airbus miran a Saab para salvar el futuro caza europeo
-
16:52
Persán se acerca a los 1.300 millones de facturación tras integrar a la suiza Mibelle