Descubren cómo se formó la célula de la que descienden todos los animales y plantas

Las células con núcleo y mitocondrias que forman el cuerpo humano no surgieron gracias a un encuentro afortunado entre una bacteria y una arquea como se creía hasta ahora, sino como resultado de un proceso gradual que probablemente duró millones de años. Es la conclusión de una investigación del Barcelona Supercomputing Center (BSC) y del instituto IRB Barcelona que se presenta hoy en Nature y que aclara cómo se produjo uno de los cambios decisivos de la historia de la vida en la Tierra.

La investigación explora el origen de las llamadas células eucariotas, que forman todos los organismos pluricelulares (animales, plantas y hongos) así como un gran número de unicelulares (como muchas algas y levaduras, entre ellas las que se utilizan para elaborar pan y vino). Aparecieron hace unos 2.000 millones de años, cuando la Tierra giraba tan rápido que el día duraba 19 horas y el sol emitía un 15% menos radiación que hoy en día.

Hasta entonces, las únicas formas de vida habían sido procariotas: bacterias y arqueas de una sola célula. Estas primeras formas de vida habían surgido hace casi 4.000 millones de años, en cuanto la Tierra se convirtió en habitable poco después de formarse el sistema solar. No tenían orgánulos internos como un núcleo (que protege el ADN de nuestras células) o mitocondrias (que producen energía para la célula). “Con la aparición de la célula eucariota, la evolución entró en una nueva dimensión”, declara a La Vanguardia Toni Gabaldón, investigador Icrea en el BSC y en el IRB Barcelona, y director del trabajo.

Cómo se produjo esta transición decisiva en la historia de la vida sigue siendo un enigma y es “uno de los problemas fundamentales de la biología”, explica Arnau Sebé-Pedrós, investigador del Centre de Regulació Genòmica que no ha participado en el proyecto, en declaraciones a SMC España.

“Con la aparición de la célula eucariota, la evolución entró en una nueva dimensión”, declara el investigador Toni Gabaldón

Investigaciones anteriores habían demostrado que las células eucariotas descienden de una simbiosis entre una bacteria y una arquea. La bacteria fue engullida pero, en lugar de ser digerida, sobrevivió en el interior de la arquea y le aportó energía: se había convertido en mitocondria.

El equipo de Gabaldón demuestra ahora que esto no fue lo único, ni lo primero, que ocurrió. “Nuestros resultados sustentan un cambio de paradigma hacia un escenario más gradual”, escriben en Nature. En este nuevo escenario, se produjeron intercambios de genes entre múltiples especies de bacterias y arqueas durante un largo periodo. Los intercambios dotaron a algunos procariotas de las capacidades que después les permitirían prosperar como eucariotas.

Los investigadores incluso han averiguado dónde pudieron producirse estos intercambios genéticos: en tapetes microbianos, un tipo de ecosistema formado por capas de diferentes microorganismos. “Es como una lasaña”, explica Gabaldón. “En cada capa hay un tipo de organismo, que está en contacto con el de la capa de encima y la de debajo”.

El fenómeno se produjo en un ecosistema acuático, aunque la investigación no aclara si fue en aguas profundas o superficiales, ni si fue en un mar o en aguas dulces.

Otro descubrimiento (“el más inesperado para mí”, declara Gabaldón) es que en el intercambio genético entre las capas de la lasaña intervinieron virus gigantes, que actuaron como mensajeros de genes entre los diferentes microorganismos. También hubo intercambios por el mecanismo de transferencia genética horizontal, habitual en bacterias y arqueas.

La investigación se ha basado en analizar los genomas de todos los tipos de organismos eucariotas conocidos en el árbol de la vida. Esto ha permitido deducir qué grupos de genes son comunes a todos ellos y se remontan a su antepasado común, conocido como LECA (por las iniciales en inglés de Último Ancestro Común Eucariota).

Además, se han cotejado los genomas eucariotas con los de una amplia variedad de bacterias, arqueas y virus. De este modo se ha podido averiguar de dónde proceden los grupos de genes que han heredado los eucariotas. El análisis masivo de datos genómicos, que no hubiera sido posible sin la capacidad de supercomputación del BSC, ha revelado dos rastros inequívocos de bacterias ancestrales.

Los seres eucariotas actuales tenemos una parte significativa de nuestro genoma heredado de bacterias del filo Myxococcota, que han aportado genes relacionados con el metabolismo de los lípidos y la formación de membranas. Otra parte procede del filo de los planctomicetos, que tienen estructuras complejas y compartimentos internos inusuales en bacterias. La investigación ha hallado también rastros más tenues de otros procariotas que están a la espera de ser confirmados en próximas investigaciones.

“No sabemos si la aparición de las células eucariotas era inevitable. Pienso que antes o después la evolución iba a explorar esta posibilidad y que posiblemente se produjo más de una vez, pero que solo nos ha llegado el linaje que sobrevivió”, declara Gabaldón. “Si ha han evolucionado formas de vida celular en otros planetas, es posible que sean muy diferentes que en la Tierra”.