Un evento evolutivo que ocurre una vez cada mil millones de años: la fusión de dos formas de vida
(newatlas.com)- Se confirmó un caso en el que el alga Braarudosphaera bigelowii alberga dentro de su célula a la cianobacteria UCYN-A y la usa como si fuera un orgánulo, lo que llama la atención como un caso en curso de la poco común endosimbiosis primaria
- La endosimbiosis primaria es el proceso por el cual un microorganismo engulle a otro y lo aprovecha como una estructura interna, hasta que el simbionte pierde la capacidad de sobrevivir de forma independiente y se convierte en un orgánulo
- En los aproximadamente 4.000 millones de años de historia de la vida en la Tierra, los grandes casos conocidos son solo la formación de las mitocondrias hace unos 2.200 millones de años y de los cloroplastos hace unos 1.600 millones de años, que fueron puntos de inflexión en la evolución de la vida compleja y de las plantas, respectivamente
- Por su relación de tamaño con el alga huésped, su metabolismo y su división celular coordinados, y porque depende del huésped para cerca de la mitad de las proteínas que necesita, UCYN-A se considera un orgánulo llamado nitroplast
- La investigación sobre el nitroplast podría abrir un camino para incorporar la capacidad de fijación de nitrógeno en las plantas, por lo que es objeto de estudio con miras a la posible mejora de cultivos a largo plazo
Endosimbiosis primaria observada de nuevo
- Científicos confirmaron un caso en curso de un evento evolutivo en el que dos formas de vida se fusionan en un solo organismo
- Los protagonistas son el alga Braarudosphaera bigelowii y la cianobacteria UCYN-A
- UCYN-A permite al alga hacer algo que normalmente no puede hacer
- Fija directamente el nitrógeno del aire
- Combina el nitrógeno con otros elementos para crear compuestos más útiles
El proceso por el que la endosimbiosis se convierte en orgánulo
- La endosimbiosis primaria (primary endosymbiosis) es el fenómeno en el que un microorganismo engulle a otro y lo usa como una estructura interna
- La célula huésped proporciona al simbionte beneficios como nutrientes, energía y protección
- Con el tiempo, el simbionte deja de poder vivir de forma independiente y queda establecido como un orgánulo (organelle) dentro de la célula microbiana
Los puntos de inflexión anteriores creados por las mitocondrias y los cloroplastos
- Se considera que, en los aproximadamente 4.000 millones de años de historia de la vida en la Tierra, solo se conocen dos casos de endosimbiosis primaria
- El primer caso ocurrió hace unos 2.200 millones de años
- Una arquea engulló una bacteria
- Esa bacteria se convirtió en la mitocondria
- Las mitocondrias, especializadas en la producción de energía, hicieron posible la evolución de organismos complejos
- El segundo caso ocurrió hace unos 1.600 millones de años
- Una célula más desarrollada absorbió una cianobacteria capaz de captar la energía de la luz solar
- Esa cianobacteria se convirtió en el cloroplasto
- Los cloroplastos dieron a las plantas la capacidad de aprovechar la luz solar y su color verde
Por qué es especial la combinación de B. bigelowii y UCYN-A
- Las plantas y las algas suelen obtener nitrógeno mediante relaciones simbióticas con bacterias separadas
- Al principio, se pensaba que B. bigelowii también mantenía con UCYN-A este tipo de relación simbiótica separada
- Investigaciones más detalladas aportaron evidencias de que la relación entre ambas formas de vida es mucho más estrecha
Evidencias para considerar a UCYN-A como nitroplast
- Un equipo de investigación confirmó que la relación de tamaño entre el alga y UCYN-A se mantiene de forma similar incluso entre especies de algas relacionadas
- El proceso de crecimiento parece estar regulado por el intercambio de nutrientes
- Esto es similar a la forma en que las mitocondrias y los cloroplastos se ajustan al tamaño de la célula
- En un estudio posterior, se observó el interior de células de algas vivas mediante una potente técnica de imágenes por rayos X
- La replicación y la división celular del huésped y el simbionte están sincronizadas
- Esto es una evidencia adicional de que la endosimbiosis primaria está en funcionamiento
- El equipo comparó proteínas de UCYN-A aislada con las de UCYN-A dentro de las células del alga
- UCYN-A aislada solo puede producir por sí misma alrededor de la mitad de las proteínas que necesita
- El resto debe ser proporcionado por el alga huésped
- Esta es una característica que aparece cuando un endosimbionte pasa a convertirse en orgánulo
- UCYN-A se considera un orgánulo completo llamado nitroplast
- La evolución del nitroplast parece haber comenzado hace unos 100 millones de años, un periodo muy corto en comparación con las mitocondrias y los cloroplastos
Posibilidad de conducir a la fijación de nitrógeno en plantas
- Los investigadores planean seguir estudiando si el nitroplast existe también en otras células y qué efectos tiene
- Uno de los posibles beneficios es ofrecer una nueva vía para introducir en las plantas la capacidad de fijación de nitrógeno
- Esta capacidad podría aprovecharse para cultivar mejores cosechas
- El estudio fue publicado en Cell00182-X.pdf) y Science
1 comentarios
Comentarios de Hacker News
Estudié biología en la preparatoria durante 3 años y no entiendo por qué nunca escuché que el origen de una capacidad tan asombrosa fue que un ser vivo absorbió a otro
Sí vimos las mitocondrias y los cloroplastos, pero de una forma muy seca
Si enseñaran también ese contexto, la educación primaria y secundaria podría volverse mucho más interesante para los niños
La teoría del origen endosimbiótico siguió aclarando sus conexiones relacionadas hasta los años 2000
https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-origin-of-mito...
Aun así, si ahora les preguntara a mis excompañeros de preparatoria, diría que hay un 50/50 de probabilidad de que lo recuerden como parte de esa clase
Lo mismo aplica a cualquier dato que haya salido al estudiar los orgánulos celulares, y hasta diría que también hay un 50/50 de que recuerden la palabra orgánulo celular
Si me lo hubieran preguntado sin el artículo, tampoco habría sabido decir más o menos cuándo ocurrieron estos eventos
Aun así, probablemente todos mis excompañeros sí recordarían el meme de “la planta de energía de la célula”
Y además, como nuestras mitocondrias vienen del óvulo, el ADN mitocondrial siempre proviene de las mitocondrias de la madre
O tal vez jugaron Parasite Eve [0]
[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Parasite_Eve_(video_game)#Plot
El primer evento de simbiosis fue un millón de veces más difícil que el segundo o el tercero
Al principio, el huésped tuvo que resolver la tarea extremadamente difícil de procesar el ADN y ARN producidos durante los procesos de vida y muerte del simbionte
Para sobrevivir, el huésped tuvo que evolucionar cosas como el núcleo celular y la reproducción sexual, y también fue necesario el empalme selectivo para lidiar con una situación en la que todos los genes estaban dañados por elementos genéticos egoístas provenientes del simbionte
Después, integrar al simbionte sigue siendo difícil, pero no tanto como ese primer paso
La primera simbiosis que llevó al origen de los eucariotas quizá no fue un evento que ocurre una vez cada mil millones de años, sino una vez cada billón de años, o incluso menos de una vez cada 10^20 años
Eso podría significar que solo 1 de cada mil millones de planetas con vida simple “produce” vida compleja como los animales, y ese podría ser el gran filtro que lleva a la paradoja de Fermi
El gran filtro podría ser algo que ya superamos, y quizá se deba a que la combinación de restricciones que nos llevó hasta donde estamos hoy fue increíblemente rara
Otro evento de probabilidad ínfima podría ser el desarrollo de la inteligencia abstracta
Las condiciones que hicieron que una inteligencia como la nuestra fuera una ventaja evolutiva parecen especialmente singulares: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK210002/
Por el puro título suena como si hubiera pasado la semana pasada, pero en realidad ocurrió hace 100 millones de años y apenas ahora lo descubrimos
Si hubiera sonado como una especie nueva que acaba de aparecer, me habría dado muchísimo miedo
Me imaginé una situación en la que esa especie arrasa con nuestro ecosistema y provoca el caos, hasta que al final aparece un nuevo equilibrio, nuevos ganadores y una nueva especie dominante
Se me hizo sospechoso pensar cuál sería la probabilidad de que justo estuviéramos mirando por un microscopio en el momento en que ocurre algo tan raro
Entonces, como el artículo no lo menciona, supongo que al final todavía no ha pasado nada particularmente interesante
Si la relación simbiótica empezó a desarrollarse por primera vez hace 100 millones de años, es posible que todo ese tiempo haya sido necesario para que la bacteria se convirtiera en un orgánulo completamente dependiente de la célula huésped del alga, como lo es ahora
Vale la pena ver el alga en cuestión: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Braarudosphaera_bigelowii
Se rodea con doce placas pentagonales para formar un dodecaedro regular perfecto
Es un organismo increíblemente genial, casi imposible de creer
Cuesta creer que sea una estructura natural y orgánica con bordes tan afilados
https://paleonerdish.wordpress.com/2013/06/10/an-introductio...
https://www.mediastorehouse.com/science-photo-library/diatom...
Son fuentes primarias.
[1] https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(24)00182-X.pdf
[2] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38603509/
También hay un comunicado de prensa de LBL.
[3] https://newscenter.lbl.gov/2024/04/17/scientists-discover-fi...
[1] tiene acceso abierto
¿Es más probable que esto ocurra una vez cada mil millones de años y que justo nosotros hayamos capturado exactamente ese espécimen, o que en realidad ocurra mucho más seguido, pero que normalmente solo estemos viendo un caso que no es tan influyente ni tan memorable como los ejemplos mencionados?
El sensacionalismo mediático es excesivo.
La simbiogénesis solo tiene dos casos conocidos, mitocondrias y plastidios, incluyendo los cloroplastos, así que la expresión “una vez cada mil millones de años” está hasta cierto punto justificada.
También se sospechan otros casos: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiogenesis
Se conocen muchos endosimbiontes.
Son organismos separados que viven dentro del cuerpo o de las células de otros organismos, y son una condición previa para la simbiogénesis.
https://en.wikipedia.org/wiki/Endosymbiont
No ocurrió en una caja de Petri de laboratorio, sino hace 100 millones de años.
Aun así, el título sí necesita un pequeño ajuste.
No me convence mucho la afirmación de que la endosimbiosis primaria sea tan rara.
Casi todos los insectos tienen endosimbiontes heredables: https://doi.org/10.3389/fphys.2013.00046
Aquí se habla de endosimbiosis a nivel celular.
No es lo mismo tener bacterias intestinales que que estas se integren dentro de la célula a nivel molecular y se conviertan en orgánulos.
Aun así, el escepticismo ante la exageración mediática es razonable.
Hay otros ejemplos bien conocidos de este tipo de endosimbiosis, tanto primaria como secundaria.
Quizá no sea una simbiosis primaria con cianobacterias, pero comparado con otros casos que ya conocemos, cuesta verlo como un enorme “salto científico” en términos de comprensión o sorpresa.
Irónicamente, este tipo de simbiosis a nivel celular también se ve entre los simbiontes intestinales de insectos, y quizá el ejemplo más extremo sea Mixotricha paradoxa: https://en.wikipedia.org/wiki/Mixotricha_paradoxa
Hatena arenicola https://en.wikipedia.org/wiki/Hatena_arenicola es muy parecida a este descubrimiento, pero como involucra algas y no cianobacterias, es endosimbiosis secundaria y hasta podría ser más interesante y extraña.
También sabemos que en el genoma de Symbiodinium ha habido múltiples eventos de captura endosimbiótica; algunos fueron simbiosis secundaria con algas y otros muy probablemente simbiosis primaria con bacterias: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiodinium
Aquí subieron una fuente mejor, pero no hay discusión: https://news.ycombinator.com/item?id=40101317