Las mitocondrias y el origen de los eucariotas
Durante miles de millones de años después de que surgiera la vida, los únicos seres vivos en la Tierra eran pequeñas células primitivas similares a las bacterias actuales. Pero luego, hace más de 1.500 millones de años, sucedió algo notable: una de esas células primitivas, perteneciente a un grupo conocido como arqueas, se tragó una célula diferente: un germen.
En lugar de digerirlo, la bacteria ocupó un lugar permanente dentro del otro organismo, como los biólogos lo llaman endosimbiosis. Eventualmente, se integró por completo en su célula huésped primitiva, convirtiéndose en lo que conocemos hoy como mitocondrias, el principal componente productor de energía de la célula.
Su adquisición ha sido vista durante mucho tiempo como el paso clave en lo que podría decirse que es el salto evolutivo más importante desde los orígenes de la vida misma: la transición de las primeras células primitivas, o procariotas, a las células más complejas de organismos superiores, o eucariotas, incluyendo Nosotros mismos. .
Es una gran historia que encontrarás en la mayoría de los libros de texto de biología, pero ¿es tan simple? En los últimos años, nueva evidencia ha cuestionado la idea de que las mitocondrias desempeñaron un papel integral en esta transformación. Los investigadores que secuenciaron los genomas de los parientes modernos de los primeros eucariotas encontraron muchos genes inesperados que no parecían provenir del huésped o de la endosimbiosis. Esto, sugieren algunos científicos, puede significar que la evolución de los primeros eucariotas involucró a más de dos socios y ocurrió más gradualmente de lo esperado.
Otros todavía no ven ninguna razón para abandonar la teoría de que la ganancia mitocondrial fue la chispa que encendió la rápida evolución de los eucariotas, dando origen, eones después, a plantas, animales, vertebrados y humanos. La nueva evidencia de la genómica y la biología celular puede ayudar a resolver la controversia, al tiempo que señala las lagunas de conocimiento que aún deben llenarse para comprender uno de los eventos fundamentales en nuestros antepasados, el origen de las células complejas.
Las células procariotas (bacterias y arqueas modernas) tienden a ser pequeñas y simples, con pocas estructuras internas. Las células eucariotas, como las que se encuentran en las plantas y los animales modernos, son más complejas. Tienen muchas estructuras internas, u orgánulos, que realizan funciones específicas.
Adiciones misteriosas
Los misteriosos genes aparecieron en la última década cuando investigadores, entre ellos Tony Gabaldónun científico de genómica evolutiva del Centro de Supercomputación de Barcelona, y sus colegas han aprovechado la económica tecnología actual de secuenciación genética para explorar los genomas de una amplia variedad de eucariotas, incluidos muchos de los parientes oscuros y primitivos de hoy en día de eucariotas primitivos.
Esperaban encontrar genes que rastrearan su linaje hasta el huésped primitivo o antepasado de las mitocondrias, un miembro de un grupo llamado alfaproteobacteria. Pero para su sorpresa, los científicos también encontraron genes que parecían provenir de una amplia variedad de otras bacterias.
Gabaldon y sus colegas plantearon la hipótesis de que el ancestro celular de los eucariotas adquirió genes de una variedad de socios. Estos socios podrían haber sido socios endosimbióticos adicionales que luego se perdieron, o bacterias de vida libre que transfirieron uno o varios de sus genes al huésped ancestral en un proceso común llamado transferencia horizontal de genes. De cualquier manera, sugirieron que el tango que dio origen a los eucariotas involucraba a más de dos bailarines.
“Ahora está claro que hay contribuciones adicionales de socios adicionales”, dice Gabaldon, quien ha escrito sobre Evolución temprana de los eucariotas En la Revisión anual de microbiología de 2021.
Es difícil saber exactamente de dónde vinieron esos antiguos genes extraños porque ha pasado mucho tiempo. Pero hay muchos casos de endosimbiosis más nuevos y fluidos en los que es más fácil determinar el origen de genes extraños, dice. Juan McCutchenY el Un biólogo celular evolutivo de la Universidad Estatal de Arizona en Tempe que escribió sobre La evolución de la convivencia interna En la Revisión anual de biología celular y crecimiento de 2021. Estudiarlos, por analogía, puede darnos la oportunidad de comprender cómo evolucionaron las mitocondrias y los primeros eucariotas, dice.
Los eucariotas surgieron de células primitivas conocidas como arqueas que finalmente adquirieron características complejas, como estructuras internas encerradas en membranas llamadas orgánulos, pero la secuencia exacta de eventos es poco conocida y muchas especies en etapas supuestamente intermedias (X) ahora están extintas. En particular, los científicos todavía están debatiendo si el antiguo simbionte que dio origen a las mitocondrias ocurrió al principio del proceso, lo que sugiere que fue un desencadenante clave, o si fue un refinamiento posterior.
