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» » Nueva teoría sugiere una ruta alternativa para la aparición de las células eucariotas

Referencia: Eurek.Alert.org .
Contacto: David Baum, 12 diciembre 2014

Como unidad fundamental de la vida, la célula es el centro de toda la biología. Una mejor comprensión de cómo evolucionaron y de cómo funcionan las células complejas promete nuevas revelaciones en áreas tan diversas como la investigación del cáncer y el desarrollo de nuevas plantas de cultivo.

Tres dominios de la vida
Hace falta una reflexión sobre cómo la célula eucariota llegó a ser tan sorprendentemente escasa. Ahora, sin embargo, una nueva y audaz idea de cómo la célula eucariota y, por extensión, toda la vida compleja ha llegado a surgir, está dando a los científicos la oportunidad de volver a examinar algún que otro dogma fundamental de la biología.

Todo vida compleja, incluyendo plantas, animales y hongos, se compone de células eucariotas, células con un núcleo y otra compleja maquinaria interna utilizada para realizar las funciones que un organismo necesita para mantenerse vivo y sano. Los humanos, por ejemplo, se componen de 220 tipos diferentes de células eucariotas, las cuales, trabajando en grupos, controlan todo, desde el pensamiento y la locomoción hasta la reproducción y la defensa inmunológica.

Por lo tanto, el origen de la célula eucariota es considerado uno de los eventos evolutivos más críticos de la historia de la vida en la Tierra. De no haber ocurrido en algún momento entre hace 1,6 a 2 mil millones años, nuestro planeta sería un lugar muy diferente, poblado en su totalidad por los procariotas, organismos unicelulares como las bacterias y arqueas.

En su mayor parte, los científicos están de acuerdo en que las células eucariotas surgieron de una relación simbiótica entre las bacterias y arqueas. Las arqueas son similares a las bacterias, pero tienen muchas diferencias moleculares, y las bacterias representan dos de los tres grandes dominios de la vida. El tercero está representado por eucariotas, organismos compuestos por células eucariotas más complejas.

Las células eucariotas se caracterizan por una arquitectura interna elaborada. Esto incluye, entre otras cosas, el núcleo celular, donde la información genética en forma de ADN está alojada dentro de una doble membrana; las mitocondrias, los orgánulos de la membrana, que proporcionan la energía química que necesita una célula para funcionar; y el sistema de endomembranoso, que es el responsable de transportar las proteínas y lípidos de la célula.

Las arqueas extremófilas fueron inicialmente detectadas en ambientes extremos, tales como fuentes hidrotermales. (En la fotografía se muestra una vista aérea de la Gran Fuente Prismática, un lago en el Parque Nacional de Yellowstone (EE. UU.). La laguna mide aproximadamente 75 × 91 m. Wikipedia: Jim Peaco, National Park Service.
La teoría dominante sostiene que los eucariotas se formaron cuando una bacteria fue tragada por una arquea. La bacteria engullida dio lugar a las mitocondrias, mientras que las piezas internalizadas de la membrana externa de la célula de la arquea formaron otros compartimentos internos celulares, incluyendo el sistema del núcleo y el endomembranoso.

"La teoría actual es ampliamente aceptada, pero yo no diría que está ‘establecida’, ya que nadie parece tener explicaciones alternativas seriamente consideradas", explica David Baum, profesor de botánica y biólogo evolutivo de la Universidad de Wisconsin-Madison, que, con su primo, el biólogo celular Buzz Baum, de la University College de Londres, ha formulado una nueva teoría de cómo las células eucariotas han evolucionado. Conocida como la teoría "de dentro afuera" de la evolución de células eucariotas, esta visión propone una alternativa acerca de cómo llegó a formarse la vida compleja, publicada recientemente, el 28 de octubre 2014, en la revista de acceso abierto BMC Biology.

La teoría propuesta por los Baum sugiere que las eucariotas evolucionaron gradualmente a medida que las protuberancias celulares, llamadas vesículas, alcanzaron a atrapar bacterias de vida libre similares a mitocondrias. Esto permitió obtener energía de las bacterias atrapadas y del uso de lípidos bacterianos --ácidos grasos orgánicos insolubles-- como material de construcción, las vesículas se hicieron más grandes; con el tiempo engulleron a las bacterias y fueron creando las estructuras de la membrana que forman los límites compartimentales internos de la célula.

"La idea es tremendamente simple", dice David Baum, que ya empezó a pensar en una teoría alternativa para explicar la aparición de la célula eucariota siendo estudiante de la Universidad de Oxford hace 30 años. "Se trata de un replanteamiento radical, tomando lo que creíamos saber (acerca de la célula) y volverlo de dentro a fuera."

De vez en cuando, David Baum desempolva su rudimentaria idea y la comparte con otros, incluyendo al fallecido Lynn Margulis, el científico estadounidense que desarrolló la teoría del origen de los orgánulos eucarióticos. Durante el año pasado, Buzz y David Baum han ido refinando y detallando su idea, que, como cualquier buena teoría, hace predicciones que son comprobables.

"En primer lugar, la idea de dentro a fuera inmediatamente sugirió un camino constante evolutivo paso a paso que requiere pocas innovaciones celulares o moleculares. Esto es justo lo que se requiere de un modelo evolutivo", argumenta Buzz Baum, un experto en la forma y estructura celular. "En segundo lugar, el modelo propone una nueva manera de ver las células modernas."

Los organismos ARMAN son un grupo de arqueas descubierto en el año 2006 en el drenajes ácidos de minas. Encontrado por ejemplo en las da mina de Río Tinto, Huelva, España. Wikipedia: Carol Stoker, NASA.
Las células eucariotas modernas, dice Buzz Baum, pueden ser interrogadas en el contexto de esta nueva teoría capaz de responder a muchas de sus características inexplicables, incluyendo el por qué hay eventos nucleares que parecen ser heredados de las arqueas mientras que otras características parecen derivadas de las bacterias.

"Es refrescante ver que la gente piensa en la célula de manera holística y basándose en cómo evolucionaron las células y los organismos", apunta Ahna Skop, profesora de genética en la Universidad de Wisconsin-Madison y experta en división celular. La idea tiene "lógica y está bien pensada. Yo ya he enviado este estudio a cada biólogo celular que conozco. Simplemente tiene sentido pensar en la célula y su contenido en el contexto de donde pudieron haber venido."

Las formas celulares funcionan cuando se dividen, señala, requieren de la interacción de las moléculas que han evolucionado durante muchos millones de años para reducir las células en dos en el proceso de división celular. Las mismas funciones moleculares, sostiene, podrían ser reutilizadas en la forma que se ajusta a la teoría propuesta por los Baums. "¿Por qué gastar energía rehaciendo algo que se inventó hace miles de años en una célula? Las funciones de estas proteínas sólo evolucionan y cambian a medida que cambia la estructura y las funciones del organismo."

Saber más sobre cómo llegó a formarse la célula eucariota promete echar una mano a los biólogos que estudian las propiedades fundamentales de la célula, que, a su vez, podrán algún día conseguir una mejor comprensión de cosas como el cáncer, la diabetes y otras enfermedades basadas en las células; el envejecimiento, y el desarrollo de nuevas y valiosas características para el cultivo de plantas.

El truco que da contenido a la historia de la evolución de la célula eucariota, sin embargo, es que, a diferencia de muchas otras áreas de la biología, el registro fósil sirve de poca ayuda. "Cuando se trata de células individuales, el registro fósil no suele ser muy útil", explica David Baum. "Es incluso difícil decir si una célula eucariota viene de una célula procariota. Yo busco evidencias de microfósiles con protuberancias, pero, como es lógico, no hay buenos candidatos."

Un camino potencialmente más fructífero para explorar, sugiere, podría ser la búsqueda de formas intermedias de células con algunas, aunque no todas, las características de una eucariota en toda regla. "La implicación es que las intermediarias que existían se extinguieron, muy probablemente debido a la competencia con las eucariotas plenamente desarrollados."

Sin embargo, con un conocimiento más detallado de cómo han evolucionado las células complejas, podrían identificarse a esas intermediarias con vida, señala David Baum: "Tengo la esperanza de que una vez que averigüemos cómo se enraiza el árbol eucariota, podremos encontrar a esas eucariotas con rasgos intermedios."

"Esto es algo completamente nuevo (sobre la célula eucariota), que me parece fascinante", indica el profesor de bioquímica Judith Kimble, de la UW-Madison. "No tengo ni idea de si está bien o mal, pero han hecho realmente un buen trabajo al detalle y con una hipótesis comprobable. Eso, en sí mismo, ya es increíblemente útil."


- Fuente: University of Wisconsin-Madison .
- Imagen.1. Tres dominios: Eucariotas, Bacterias y Arqueas.
- Imagen.2. Las arqueas extremófilas fueron inicialmente detectadas en ambientes extremos, tales como fuentes hidrotermales. (En la fotografía se muestra una vista aérea de la Gran Fuente Prismática, un lago en el Parque Nacional de Yellowstone (EE. UU.). La laguna mide aproximadamente 75 × 91 m. Wikipedia: Jim Peaco, National Park Service.
- Imagen.3. Los organismos ARMAN son un grupo de arqueas descubierto en el año 2006 en el drenajes ácidos de minas. Encontrado por ejemplo en las da mina de Río Tinto, Huelva, España. Wikipedia: Carol Stoker, NASA.

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