En una revelación que resuena con los acontecimientos transformadores del pasado ancestral de la Tierra, los científicos se han topado con un acontecimiento notable: la fusión de dos formas de vida distintas en un organismo singular dotado de habilidades sin igual. Este extraordinario fenómeno, conocido como endosimbiosis primaria, ha cautivado a investigadores de todo el mundo, ofreciendo una visión de las complejidades mismas de la evolución.
La endosimbiosis primaria se desarrolla cuando un organismo microbiano engulle a otro y comienza a utilizarlo como un órgano interno. A cambio, la célula huésped proporciona nutrientes, energía, protección y otros beneficios al simbionte, hasta que eventualmente ya no puede sobrevivir por sí solo y básicamente se convierte en un órgano para el huésped, o lo que se conoce como un orgánulo en células microbianas.
En la historia de la vida en la Tierra, que abarca unos 4 mil millones de años, se cree que la endosimbiosis primaria solo ha ocurrido dos veces que sepamos, y cada vez fue un avance masivo para la evolución. La primera ocurrió hace unos 2.200 millones de años, cuando un arquea engulló a una bacteria que se convirtió en las mitocondrias. Este orgánulo especializado en la producción de energía permitió la evolución de formas de vida complejas. Permanece como la “central eléctrica de la célula” aclamada hasta el día de hoy.
La segunda vez ocurrió hace unos 1.600 millones de años, cuando algunas de estas células más avanzadas absorbieron cianobacterias que podían aprovechar la energía solar. Estas se convirtieron en orgánulos llamados cloroplastos, que otorgaron habilidades de captación de luz solar, así como un atractivo color verde, a un grupo de formas de vida que quizás hayas escuchado: las plantas.
Y ahora, los científicos han descubierto que está sucediendo de nuevo. Se encontró que una especie de alga llamada Braarudosphaera bigelowii había engullido una cianobacteria que les permite hacer algo que las algas, y las plantas en general, normalmente no pueden hacer: “fijar” nitrógeno directamente del aire y combinarlo con otros elementos para crear compuestos más útiles.
El nitrógeno es un nutriente clave, y normalmente las plantas y las algas obtienen el suyo a través de relaciones simbióticas con bacterias que permanecen separadas. Al principio se pensaba que B. bigelowii había establecido este tipo de situación con una bacteria llamada UCYN-A, pero al examinar más de cerca, los científicos descubrieron que los dos se han vuelto mucho más íntimos.
En un estudio reciente, un equipo encontró que la proporción de tamaño entre la alga y UCYN-A permanece similar en diferentes especies relacionadas de algas. Su crecimiento parece estar controlado por el intercambio de nutrientes, lo que lleva a metabolismo vinculados.
“Eso es exactamente lo que sucede con los orgánulos”, dijo Jonathan Zehr, autor de los estudios. “Si miras las mitocondrias y los cloroplastos, es lo mismo: escalan con la célula”.
En un estudio de seguimiento, el equipo y otros colaboradores utilizaron una técnica de imagen de rayos X poderosa para ver el interior de las células vivas de algas. Esto reveló que la replicación y la división celular estaban sincronizadas entre el huésped y el simbionte, más evidencia de la endosimbiosis primaria en acción.
Y finalmente, el equipo comparó las proteínas de UCYN-A aisladas con las dentro de las células de algas. Descubrieron que la bacteria aislada solo puede producir aproximadamente la mitad de las proteínas que necesita, dependiendo del huésped algal para proporcionar el resto.
“Este es uno de los sellos distintivos de algo que se mueve de un endosimbionte a un orgánulo”, dijo Zehr. “Comienzan a desechar fragmentos de ADN, y sus genomas se hacen más pequeños y más pequeños, y comienzan a depender de la célula madre para que esos productos génicos, o la proteína misma, se transporten a la célula”.
En conjunto, el equipo afirma que esto indica que UCYN-A es un orgánulo completo, al que se le da el nombre de nitroplasto. Parece que esto comenzó a evolucionar hace unos 100 millones de años, lo que suena como un tiempo increíblemente largo pero es un parpadeo en comparación con las mitocondrias y los cloroplastos.
Los investigadores planean continuar estudiando los nitroplastos, para averiguar si están presentes en otras células y qué efectos pueden tener. Uno de los posibles beneficios es que podría brindar a los científicos una nueva vía para incorporar la fijación de nitrógeno en las plantas y así cultivar mejores cultivos.
La investigación fue publicada en las revistas Cell y Science.
Fuente: Berkeley Lab