Mitocondrias y origen de los eucariotas

Durante miles de millones de años después del origen de la vida, los únicos seres vivos en la Tierra fueron diminutas células primitivas parecidas a las bacterias actuales. Pero entonces, hace más de 1.500 millones de años, sucedió algo extraordinario: una de estas células primitivas, pertenecientes a un grupo conocido como arqueas, se tragó a otra, una bacteria.

En lugar de ser digerida, la bacteria ha tomado residencia permanente en el otro organismo como lo que los biólogos llaman un endosimbionte. Eventualmente, se integró completamente en su célula anfitriona archaeal, convirtiéndose en lo que conocemos hoy como mitocondrias, el componente crucial de producción de energía de la célula.

Durante mucho tiempo se ha considerado que su adquisición es el paso clave en lo que podría decirse que es el salto evolutivo más importante desde el origen de la vida misma: la transición de las primeras células primitivas, o procariotas, a las células más sofisticadas de organismos superiores, o eucariotas, incluyéndonos a nosotros mismos. . .

Es una gran historia que encontrarás en la mayoría de los libros de texto de biología, pero ¿es tan simple? En los últimos años, nueva evidencia ha cuestionado la idea de que las mitocondrias desempeñaron un papel clave en esta transición. Los investigadores que secuencian los genomas de los parientes modernos de los primeros eucariotas han descubierto muchos genes inesperados que no parecen originarse ni en el huésped ni en el endosimbionte. Y eso, dicen algunos científicos, podría significar que la evolución de los primeros eucariotas involucró a más de dos socios y sucedió de manera más gradual de lo esperado.

Otros todavía no ven razón para abandonar la teoría de que la adquisición de mitocondrias fue la chispa que encendió la rápida evolución de los eucariotas, dando origen, eones después, a plantas, animales, vertebrados, humanos. La nueva evidencia de la genómica y la biología celular puede ayudar a resolver el debate, al tiempo que resalta los vacíos de conocimiento que aún deben llenarse para comprender uno de los eventos fundamentales en nuestra propia ascendencia, el origen de las células complejas.

Las células procarióticas (bacterias y arqueas modernas) tienden a ser pequeñas y simples, con pocas estructuras internas.  Las células eucariotas, como las de las plantas y los animales modernos, son mucho más sofisticadas.  Tienen muchas estructuras internas, u orgánulos, que realizan funciones específicas.

Las células procarióticas (bacterias y arqueas modernas) tienden a ser pequeñas y simples, con pocas estructuras internas. Las células eucariotas, como las de las plantas y los animales modernos, son mucho más sofisticadas. Tienen muchas estructuras internas, u orgánulos, que realizan funciones específicas.

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suplementos misteriosos

Los genes misteriosos surgieron durante la última década cuando investigadores, entre ellos Toni Gabaldónun científico de genómica evolutiva en el Centro de Supercomputación de Barcelona, ​​y sus colegas han aprovechado la económica tecnología actual de secuenciación de genes para explorar los genomas de una amplia gama de eucariotas, incluidos varios parientes oscuros, primitivos y modernos de los primeros eucariotas.

Esperaban encontrar genes cuyo linaje se remontara al huésped arqueal o al ancestro mitocondrial, un miembro de un grupo llamado alfaproteobacteria. Pero para su sorpresa, los científicos también descubrieron genes que parecían provenir de una amplia gama de otras bacterias.

Gabaldón y sus colegas plantearon la hipótesis de que el ancestro celular de los eucariotas adquirió genes de una variedad de socios. Estos socios podrían haber sido endosimbiontes adicionales que luego se perdieron, o bacterias de vida libre que transmitieron uno o algunos de sus genes al huésped ancestral en un proceso común llamado transferencia horizontal de genes. De cualquier manera, el tango que condujo a los eucariotas involucró a más de dos bailarines, sugirieron.

“Está claro ahora que hay contribuciones adicionales de socios adicionales”, dice Gabaldón, quien escribió en la evolución temprana de los eucariotas en la Revisión anual de microbiología de 2021.

Es difícil saber exactamente de dónde provienen estos antiguos genes extraños, porque ha pasado mucho tiempo. Pero hay muchas endosimbiosis más nuevas y flexibles en las que el origen de los genes extraños es más fácil de identificar, dice Juan McCutcheon, un biólogo celular evolutivo de la Universidad Estatal de Arizona en Tempe que escribió sobre evolución de los endosimbiontes en la Revisión anual de biología celular y del desarrollo de 2021. Estudiarlos podría, por analogía, darnos la oportunidad de comprender cómo pudieron haber evolucionado las mitocondrias y los primeros eucariotas, dice.

Los eucariotas surgieron de células primitivas conocidas como arqueas que finalmente adquirieron rasgos complejos, como estructuras internas delimitadas por membranas llamadas orgánulos, pero la secuencia exacta de eventos es poco conocida y muchas especies que se supone que están en etapas intermedias (X) ahora están fuera de lugar.  En particular, los científicos todavía están debatiendo si la antigua simbiosis que condujo a las mitocondrias ocurrió temprano en el proceso, lo que sugiere que fue un desencadenante clave, o si fue un refinamiento adicional.

Los eucariotas surgieron de células primitivas conocidas como arqueas que finalmente adquirieron rasgos complejos, como estructuras internas delimitadas por membranas llamadas orgánulos, pero la secuencia exacta de eventos es poco conocida y muchas especies que se supone que están en etapas intermedias (X) ahora están fuera de lugar. En particular, los científicos todavía están debatiendo si la antigua simbiosis que condujo a las mitocondrias ocurrió temprano en el proceso, lo que sugiere que fue un desencadenante clave, o si fue un refinamiento adicional.

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