MundoBiología » El origen de los eucariotas: Revolución entre los microbios

Tiempo estimado de lectura 4:54 min. rellotge

El origen de los eucariotas: Revolución entre los microbios

Los biólogos suelen reír cuando les hablan de linajes aristocráticos y de pureza racial: cada una de las células de nuestro cuerpo es el resultado de un promiscuo mestizaje entre microbios que se inició hace más de dos mil millones de años.

Seres de muy diverso origen no tuvieron escrúpulos para asociarse íntimamente entre sí y protagonizar los más bruscos saltos evolutivos que han ocurrido en la historia de la vida. Estas uniones no fueron exactamente sexuales, sino englobamientos simbióticos, pero implicaron también la fusión y la asimilación de genomas enteros o casi enteros. Es como si de pronto se hubiera originado un fabuloso monstruo mitológico, como un centauro o una sirena. La evolución no ocurre sólo por medio del clásico mecanismo desesperantemente lento de mutación en genes puntuales.

En cada una de nuestras células puede haber implicados al menos cuatro (cinco en el caso de vegetales) tipos de microbios, que llegaron a asociarse tan estrechamente que perdieron parte de su identidad y constituyeron un nuevo organismo, distinto a la suma de sus partes. La célula eucariota se diferencia de la procariota por presentar mayor complejidad estructural y albergar una serie de orgánulos. Hay razones para sospechar que muchos de estos orgánulos son microbios enmascarados.

En el caso de mitocondrias y cloroplastos las pruebas son abrumadoras. Son orgánulos rodeados por una doble membrana (como cabría esperar si un microbio fuera englobado por una vesícula celular). La membrana interna y muchos de sus componentes químicos son similares a los de bacterias, hasta el punto de que varios antibióticos también pueden dañar nuestras mitocondrias. Poseen una corta hebra circular de ADN sin proteínas asociadas, como las bacterias (la mayoría de sus genes han sido transferidos al núcleo celular). Este ADN se duplica por su cuenta y tanto mitocondrias como cloroplastos se dividen independientemente en cada división celular. Este ADN también ordena la producción de unas cuantas proteínas exclusivas de estos orgánulos, que se sintetizan en unos ribosomas muy similares a los de bacterias, menores que los del citoplasma. En los cloroplastos, la modificación ulterior a la simbiosis ha sido aún menor que en mitocondrias y son muy similares a bacterias fotosintéticas de vida libre.

El prestigioso citólogo Christian de Duve esbozaba hace diez años un esquema de cómo pudo haber tenido lugar el proceso de simbiosis intracelular y qué presiones selectivas hicieron que resultase ventajoso. Postulaba que la célula que había acogido a los simbiontes no era un procariota típico, sino que ya había recorrido parte de la senda hacia la complejidad. Este eucariota ancestral procedería de una célula procariota que perdió su pared externa. Su membrana celular se hizo cada vez más flexible y ondulada, con lo que obtuvo mayor superficie para absorber nutrientes y la célula se hizo mayor. Al principio, la digestión de los alimentos se realizaba fuera de la célula, mediante la liberación de enzimas digestivas, pero luego se fueron formando, a partir de invaginaciones de la membrana externa, vesículas digestivas internas. La célula fue adquiriendo también un esqueleto interno que podía modificar rápidamente su disposición y hacer que la célula cambiara de forma y se moviera. Todo esto posibilitó que pudiera alimentarse envolviendo partículas externas, entre ellas los procariotas precursores de mitocondrias y cloroplastos.

El eucariota ancestral sería anaerobio y el oxígeno producido de forma creciente por las cianobacterias le resultaría tóxico, pero quizá pudo adaptarse a él ingiriendo organismos que fabricaban enzimas que lo neutralizaban en parte. Estos organismos, tras perder casi todos sus rasgos de identidad, incluido su material genético, pudieron dar lugar a los peroxisomas, orgánulos que minimizan los daños del oxígeno. Posteriormente, la célula eucariota ingirió bacterias que se alimentaban de materia orgánica y obtenían energía de su combustión con el oxígeno. Estas precursoras de las mitocondrias eran más eficaces en la extracción de energía de las abundantes sustancias ingeridas por la célula eucariota que ella misma, por lo que ambos organismos acabaron beneficiados. Recientemente se ha descubierto que residuos muy modificados de mitocondrias en protozoos anaerobios, que han perdido su capacidad de producir energía por medio del oxígeno, aún retienen como única función la de producir agregados de hierro y azufre, necesarios para todos los organismos. La fabricación de estos agregados pudo ser el incentivo para que las primitivas bacterias respiradoras de oxígeno no fueran digeridas por completo.

Unos cien millones de años después de la adquisición de las mitocondrias, algunas células englobaron las bacterias fotosintéticas que originaron los cloroplastos, con lo que todo un ciclo bioquímico quedaba encerrado dentro de un organismo, lo que lo hacía especialmente autosuficiente. El oxígeno producido por los cloroplastos era usado por las mitocondrias para extraer energía de compuestos carbonados y el CO2 liberado por éstas era absorbido por los cloroplastos para la fotosíntesis.

Recientemente, se han revisado estas teorías y se han encontrado nuevos datos sorprendentes. Las bacterias precursoras de mitocondrias parece que no fueron engullidas, sino que infectaron la célula eucariota. El núcleo celular, que tiene una doble envoltura, se había supuesto resultado de la formación de membranas intracelulares, pero ahora se sabe que es producto de dos microorganismos primitivos, que fusionaron sus células y sus genomas. Básicamente, cada una de nuestras células es el resultado de la fusión de una bacteria y una arqueobacteria (se descubrió que algunas bacterias eran tan extremadamente raras en su bioquímica y funcionamiento que se clasificaron en un reino aparte). La bacteria “normal”, que era Gram-negativa, aportó sobre todo genes relacionados con el metabolismo, con la obtención de energía, y la arqueobacteria proporcionó gran parte de las instrucciones para copiar genes y traducirlos a proteínas (hoy se considera que las arqueobacterias no son tan raras: sólo un grupo anómalo de las bacterias Gram-positivas).

Lynn Margulis, la principal impulsora de la idea de que mitocondrias y cloroplastos tenían su origen en bacterias (por lo que durante un tiempo fue considerada hereje), afirma que conoce exactamente las dos bacterias que dieron lugar a la primitiva célula eucariota: la arqueobacteria Thermoplasma, habitante de lugares calientes, y la bacteria Gram-negativa Spirochaeta. Esto último tiene importancia porque Margulis había propuesto antes que la maquinaria que proporciona movimiento a la célula eucariota (flagelos, microtúbulos, etc.) procedía de elementos de bacterias móviles del tipo Spirochaeta. Pero otros científicos no ven rastros de las espiroquetas en nuestras células. El debate sigue abierto y hay que quedarse con una idea esclarecedora de Margulis: “lo que mejor caracteriza a un ser vivo, más que su metabolismo o su genoma, es su membrana, que lo hace un ente diferente del medio que lo rodea”. Como vemos, una membrana es capaz de envolver cosas muy dispares, y sin embargo, garantizar una identidad propia para todo el conjunto.