En la dècada de 1960, una jove biòloga anomenada Lynn Margulis va intentar publicar un article sobre l'origen de les cèl·lules complexes o eucariotes , el llinatge al qual pertanyem animals, plantes i fongs. Després de ser rebutjat per unes quinze revistes científiques, el text finalment va veure la llum en 1967.
La seua teoria de l'endosimbiosi proposava una autèntica heretgia per a l'època: la complexitat cel·lular no va sorgir simplement de mutacions graduals com proposava el darwinisme, sinó de la fusió literal entre diferents microorganismes. Un microbi es “va engolir” a un altre, no el va digerir, i d'eixa aliança van sorgir orgànuls de les cèl·lules eucariotes com els mitocondris (les “centrals energètiques” cel·lulars) i, posteriorment, els cloroplasts de les plantes.
L'evolució d'una intuïció
Durant anys, la comunitat científica va observar amb tremend escepticisme –i sovint amb sorna– esta idea. No obstant això, la ciència té el sa costum de donar la raó a qui la té a través de l'evidència empírica.
El descobriment que les mitocondris i els plastidis posseïen el seu propi ADN circular, estretament emparentat amb el dels bacteris i distint de l'ADN del nucli cel·lular, va suposar el triomf definitiu i l'acceptació mundial de la hipòtesi endosimbiòtica de Margulis.
Però ella sempre va anar més enllà. Sospitava que el procés evolutiu de la cèl·lula eucariota era un procés simbiòtic molt més complex. Estava convençuda que estes interaccions afectaven més estructures i orgànuls, molt més allà de la simple adopció dels mitocondris i els cloroplasts.
Hui, quasi 60 anys després del seu primer gran article, la supercomputación confirma que la seua intuïció sobre la multiplicitat d'aliances era encertada, però revela que els protagonistes, els temps i els mecanismes reals han resultat ser distints i molt més fascinants del que potser ella va arribar a imaginar.
Arqueologia molecular en el supercomputador
El relat de l'evolució eucariota que comptem en els llibres de text és, en el fons, massa simplista: una arqueja –microorganisme unicel·lular d'aparença similar als bacteris però amb una història evolutiva totalment distinta– i un bacteri es van trobar, es van aliar i de colp van obrir la porta a la vida complexa. No obstant això, un nou estudi coliderat per el Barcelona Supercomputing Center (BSC-CNS) i el IRB Barcelona, publicat hui 10 de juny en la revista Nature, amplia radicalment esta visió i redefinix el marc de l'eucariogénesis.
A diferència dels paleontòlegs, els qui estudien l'origen dels eucariotes no han grans ossos fossilitzats de desenterrar. Malgrat això, aquell procés, que va ocórrer fa uns 2 000 milions d'anys entre organismes microscòpics, va deixar les seues petjades impreses en els nostres genomes actuals.
L'equip, liderat per l'investigador Toni Gabaldón, ha abordat este repte com una autèntica obra d'arqueologia molecular. Valent-se de la immensa capacitat de càlcul del supercomputador MareNostrum, han reconstruït el repertori genètic del nostre últim ancestre comú (conegut en biologia com LECA, Last Eukaryotic Common Ancestor) i ho han comparat evolutivament amb desenes de milers de genomes de bacteris, arqueges i virus contemporanis.
Nous convidats a la festa evolutiva
Després de més de cinc anys d'anàlisis i processament de dades massives, utilitzant models matemàtics enormes, els investigadors han descobert que l'origen de la complexitat cel·lular no va ser un esdeveniment únic i aïllat, sinó un procés gradual, llarg i immensament coral que es va estendre durant milions d'anys. El treball no nega el paper central del mitocondri, però identifica la firma genètica d'altres grups bacterians que van deixar una petjada vital en el nostre ancestre comú.
La gran novetat és que estes aportacions no semblen apuntar a la formació d'un orgànul concret, sinó a l'adquisició de capacitats metabòliques i estructurals fonamentals. Entre elles, destaquen dos llinatges bacterians: les Myxococcota, relacionades amb funcions metabòliques essencials i l'organització de lípids i membranes; i les Planctomycetota, uns bacteris cèlebres per posseir una inusual complexitat estructural i compartiments interns propis.
Estes aportacions, a més, no es van donar alhora. Les dades suggerixen que les Planctomycetota van deixar un senyal més antic, mentres que les Myxococcota i el bacteri precursor del mitocondri mostren petjades més pròximes en el temps. Això encaixa amb la idea que els ancestres de les nostres cèl·lules van viure en densos tapets microbians: comunitats ecològiques complexes on multitud d'organismes convivien amuntegats, intercanviant gens i capacitats biològiques al llarg de milions d'anys.
Virus gegants: els intermediaris inesperats
Si la incorporació de múltiples senyals bacterians resulta nova, l'estudi revela un actor totalment imprevist que mai va ser considerat en els esquemes clàssics de l'endosimbiosi: els virus gegants (Nucleocytoviricota).
A diferència dels virus corrents, coneguts per la seua simplicitat extrema, estos colossos posseïxen genomes enormes i infecten a eucariotes unicel·lulars. L'estudi de Nature mostra que alguns dels gens que els nostres ancestres van incorporar de manera primerenca semblen procedir directament d'ells.
Els autors proposen que estos virus gegants van poder actuar com a vehicles o “taxis” de transferència genètica en aquells ecosistemes ancestrals. En infectar a diferents microorganismes que convivien en el mateix espai, facilitaven l'intercanvi de material genètic entre ells, accelerant i modelant de manera decisiva el genoma de la primera cèl·lula complexa.
Una quimera microscòpica
Lluny de ser un camí recte, l'evolució biològica és un intricat laberint d'anades i vingudes, marcat per la mescla de llinatges, la selecció, la deriva, la contingència històrica o processos que van des d'acumulació de mutacions graduals fins a canvis saltacionales.
Igual que ocorre amb la nostra pròpia espècie, les nostres cèl·lules tampoc són el producte d'una línia genealògica pura i perfectament planificada. Sovint ens costa acceptar que l'evolució no té un objectiu predeterminat, però la vida, tal com la coneixem, és el producte de processos oportunistes on l'atzar i les circumstàncies juguen un paper fonamental.
Les nostres cèl·lules són, en essència, una extraordinària quimera microscòpica; el resultat d'un cresol d'aliances ancestrals entre arqueges, diverses famílies de bacteris i fins i tot el trànsit genètic mediat per virus gegants.
Esta troballa demostra com la ciència contemporània, armada amb la genòmica i la supercomputación, és capaç de transformar i superar hipòtesi prèviament propostes.
És una gran fita que ens ajuda a entendre d'on venim i demostra que l'esperit audaç i la intuïció de Lynn Margulis continuen més vius que mai.
Marcial Escudero, Catedràtic del Departament de Biologia Vegetal i Ecologia, Universitat de Sevilla
Este article va ser publicat originalment en The Conversation. Llija el original.
* Ho pots llegir perqué som Creative Commons