Un equipo de investigadores del Barcelona Supercomputing Center (BSC) y del IRB Barcelona logró recopilar nueva información sobre uno de los mayores misterios de la biología: cómo aparecieron las células eucariotas, la base de toda la vida compleja que existe actualmente en la Tierra. Los resultados del trabajo, publicados en la prestigiosa revista científica Nature, cuestionan una de las teorías más aceptadas sobre el origen de estas células y proponen un escenario mucho más complejo y gradual, en el que participaron múltiples microorganismos, intercambios genéticos e incluso virus gigantes.
Las células eucariotas son aquellas que poseen núcleo y orgánulos internos, como las mitocondrias, responsables de producir energía. Se trata del tipo de célula que compone a los seres humanos, los animales, las plantas, los hongos y numerosos organismos unicelulares.
Según las estimaciones científicas, aparecieron hace unos 2.000 millones de años, cuando el planeta era muy diferente al actual. En aquella época, la duración de los días era menor y el Sol emitía una radiación más débil que la que llega actualmente a la Tierra.
Las células y el origen de una revolución biológica
Antes de la aparición de las células eucariotas, la vida estaba dominada exclusivamente por organismos procariotas: bacterias y arqueas, formas de vida mucho más simples que carecían de núcleo y otros compartimentos internos.
Para los especialistas, el surgimiento de las células eucariotas marcó uno de los momentos más trascendentales de la historia evolutiva. “Con la aparición de la célula eucariota, la evolución entró en una nueva dimensión”, declaró a La Vanguardia Toni Gabaldón, investigador Icrea en el BSC y en el IRB Barcelona, y director del trabajo.
A pesar de décadas de investigaciones, el mecanismo exacto que permitió esa transición seguía siendo motivo de debate dentro de la comunidad científica. De hecho, Arnau Sebé-Pedrós, investigador del Centre de Regulació Genòmica que no participó en el estudio, definió este interrogante como “uno de los problemas fundamentales de la biología”.
Una teoría que cambia el paradigma sobre las células
Hasta ahora, la explicación más aceptada sostenía que las células eucariotas surgieron cuando una arquea incorporó a una bacteria en su interior. En lugar de ser digerida, la bacteria sobrevivió y terminó convirtiéndose en una mitocondria, estableciendo una relación simbiótica que permitió el desarrollo de formas de vida más complejas.
Sin embargo, el nuevo estudio plantea que el proceso fue mucho más extenso y progresivo. “Nuestros resultados sustentan un cambio de paradigma hacia un escenario más gradual”, escribieron los investigadores en Nature.
Según el trabajo, durante millones de años se produjeron intercambios genéticos entre numerosas especies de bacterias y arqueas. Estas transferencias habrían otorgado nuevas capacidades biológicas a determinados microorganismos, sentando las bases para la posterior aparición de las células eucariotas.
Una “lasaña” de microorganismos
Los investigadores también identificaron el posible entorno donde ocurrieron estos intercambios genéticos: los llamados tapetes microbianos, ecosistemas compuestos por capas superpuestas de microorganismos. “Es como una lasaña”, explicó Gabaldón. “En cada capa hay un tipo de organismo, que está en contacto con el de la capa de encima y la de debajo”.
En estos ambientes acuáticos, microorganismos de distintas especies convivían e intercambiaban material genético de manera constante, favoreciendo la aparición de nuevas características evolutivas.
El inesperado papel de los virus gigantes
Uno de los hallazgos más sorprendentes del estudio fue el rol desempeñado por los virus gigantes durante este proceso evolutivo. “El más inesperado para mí”, declaró Gabaldón.
Según los resultados, estos virus actuaron como verdaderos vehículos de transferencia genética, transportando genes entre distintos microorganismos y facilitando la circulación de información biológica dentro de los ecosistemas microbianos.
Los científicos también detectaron evidencias de transferencia genética horizontal, un mecanismo frecuente entre bacterias y arqueas que permite compartir genes sin necesidad de reproducción.
El análisis genético más amplio realizado hasta el momento
Para reconstruir este proceso ocurrido hace miles de millones de años, el equipo analizó los genomas de todos los grupos conocidos de organismos eucariotas.
La investigación se centró en identificar los genes heredados del denominado LECA (Último Ancestro Común Eucariota), considerado el antepasado del que descienden todos los seres vivos complejos actuales. Posteriormente, esos datos fueron comparados con genomas de bacterias, arqueas y virus para determinar el origen evolutivo de cada grupo de genes.
Gracias a la capacidad de procesamiento del superordenador del BSC, los investigadores descubrieron que una parte importante del ADN de los organismos eucariotas actuales proviene de bacterias del filo Myxococcota, relacionadas con funciones vinculadas al metabolismo de los lípidos y la formación de membranas celulares.
También encontraron una importante contribución genética de los planctomicetos, un grupo bacteriano caracterizado por poseer estructuras internas especialmente complejas.
A pesar de los avances logrados, los científicos reconocen que aún quedan numerosos interrogantes por resolver sobre el origen de la vida compleja. “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”, expuso Gabaldón.
El investigador también dejó abierta una posibilidad fascinante para la astrobiología moderna: “Si han evolucionado formas de vida celular en otros planetas, es posible que sean muy diferentes que en la Tierra”.
El descubrimiento no solo ayuda a comprender mejor los orígenes de todos los animales, plantas y hongos que habitan el planeta, sino que también aporta nuevas pistas sobre cómo podría surgir la vida compleja en otros mundos del universo.
