La reconciliación entre simbiosis y evolución

Quince veces fue rechazado su artículo sobre la hipótesis que proponía que las células con núcleo habían surgido por interacciones simbióticas permanentes; Lynn Margulis tuvo que sortear no sólo su situación como mujer científica sino lo poco ortodoxo de sus ideas.

En 1947 Bernard Baruch (1875-1965), en una conferencia dada en Columbia (Carolina del Sur, EU), dijo en su discurso ante la Comisión de Energía Atómica de la ONU: «No nos engañemos: nos hallamos inmersos en una guerra fría». El término «Guerra Fría» hacía referencia al punto muerto entre las relaciones de la URSS (Unión de Repúblicas Soviéticas Socialistas) y sus aliados, y Estados Unidos y sus aliados; donde no había una declaración formal de guerra, sino que era una guerra ideológica, sin confrontación militar directa por parte de ambos países.

En 1947 Estados Unidos crea la doctrina Truman; en un discurso al Congreso, el presidente de Estados Unidos Harry S. Truman (1884-1972) anunció la puesta en marcha de una política exterior orientada a lograr la estabilidad económica y la contención del avance comunista en el mundo. A la vez, trata de aventajar a la URSS, promoviendo el Plan Marshall, mediante el cual Estados Unidos brindaba ayuda a la Europa de posguerra. La URSS rechazó tal ayuda, junto con sus en ese momento aliados incondicionales de Europa Oriental, y confiaron más que nunca en una idea socialista para reconstruir el mundo. Después siguió otro paso decisivo para que las tensiones diplomáticas “se murieran” entre la URSS y EU; la creación del macartismo, una era anticomunista en Estados Unidos iniciada por el senador Joseph McCarthy (1905-1957), quien haría frente después al fracaso de la ayuda económica del Plan Marshall en Europa Oriental.

La Guerra Fría no solamente dividió al mundo en los planos económico y político, sino que generaría una división de las academias científicas que eran concebidas por un lado en la economía del libre mercado occidental, por el otro en el comunismo de las repúblicas socialistas de oriente.

Buscando una vocación

Lynn Alexander nació en 1938 en la ciudad estadunidense de Chicago, Illinois, hija de Morris y Leone Alexander. Sus estudios iniciaron en el instituto público de Hyde Park, donde obtuvo malas calificaciones en el cuarto año. Sus padres decidieron entonces que deberían dejarla instruirse en la Escuela Laboratorio de la Universidad de Chicago. Lynn nunca logró tolerar a los estudiantes ni a las regulaciones de la elitista escuela, por lo que abandonó el instituto por su cuenta y se dirigió a Hyde Park, escuela que en aquel entonces utilizaba un sistema laxo de clases, con cursos en septiembre y examinaciones en junio, además de una no obligatoriedad de asistencia a la clase. Tenía 14 años cuando esto sucedió.

A los 16 años fue aceptada en un programa de estudiantes adelantados de la Universidad de Chicago, donde se graduó a los 20 años en Artes Liberales, en 1957. Fue en esta universidad donde Lynn encontró su vocación por la biología, particularmente por la genética.

De 1956 a 1970, Lynn realizó múltiples viajes hacia países hispanoparlantes realizando labores sociales y científicas: México y Colombia, además de una estancia en Ghana, así como viajes como consultora educativa a Brasil. El español fue su segunda lengua, resultado del profundo impacto que tuvo en ella su profesora de español durante sus estudios en Hyde Park. En 1957 se casó con el astrofísico estadunidense Carl Sagan razón por la que en sus futuras publicaciones aparecerá su nombre como Lynn Sagan.

En 1958 entró a la Universidad de Wisconsin para hacer su maestría en biología celular y genética, donde la vocación hacia la segunda área se desarrollaría por las clases de James F. Crow.

En un principio Lynn se sintió atraída por las bacterias, pero no en el sentido tradicional de su estudio como agentes patógenos, sino en su potencial como portadores de información sobre la evolución. A finales de la década de los cincuenta la evolución se estudiaba preferentemente a partir de los datos de la paleontología o de la zoología, la microbiología tenía poco que aportar.

Fue en esta búsqueda de la evolución de las células sin núcleo, los procariontes, que se topó con trabajos de estadunidenses como Ruth Sager (1918-1997) y Francis J. Ryan (1916-1963), y con un libro que ella consideró una obra maestra, La célula en el desarrollo y la herencia, escrita por Edmund Beecher Wilson en 1896, un zoólogo y genetista pionero estadunidense, considerado uno de los primeros biólogos celulares.

Un mundo polarizado

Fue entonces que comenzó a acercarse a las obras de Konstantin Mereschkowski (1855-1921), un biólogo ruso que dedicó parte de su vida a estudiar líquenes y a desarrollar una teoría nueva: la simbiogénesis. En 1909 presentó su primer trabajo: Teoría de los dos plasmas como base de la simbiogénesis, nuevo estudio sobre el origen de los organismos y en 1926 presentó su libro Simbiogénesis y el origen de las especies. Las ideas de Mereschkowski llegaron a consolidarse en una teoría alternativa sobre la evolución que no se oía en el mundo occidental. En esta hipótesis, Mereschkowski afirmaba que la teoría de la evolución con base en la selección natural era errónea, ya que solamente la simbiosis y la incorporación de simbiontes podrían conducir la evolución hacia formas más complejas. El primero en proponer una idea de tal índole fue el anarquista ruso Peter Kropotkin en 1902 en un libro titulado Ayuda Mutua y que fue la base de la biología soviética.

Los líquenes se consideraron organismos individuales hasta que se hizo clara su naturaleza de simbiosis entre un hongo y un alga con la teoría dual del botánico suizo Simon Schwendener, en 1867, y dieron inicio a especulaciones sobre la simbiosis en Rusia (posteriormente en la URSS). En la imagen, un liquen del género Teloschistes crece sobre una rama muerta.

Las hipótesis que eran bien recibidas en la URSS no lo eran tanto en Estados Unidos y Europa, condenando al desprestigio a sus proponentes y a sus seguidores occidentales. La simbiogénesis era una teoría ampliamente desarrollada y aceptada en un bloque que veía la competencia como algo negativo y la cooperación como algo benéfico. La simbiología era una nueva ciencia que estudiaba el origen de nuevas morfologías y fisiologías a través de la simbiosis, fundada por Famintsin (1835-1918), Mereschkowski y Kozo-Polianski (1890-1957) y ligeramente transportada hacia el mundo occidental en los trabajos de Edmund B. Wilson, todos ellos fundadores de la simbiología evolutiva. La Guerra Fría había generado también relaciones frías en el mundo académico.

En 1960, Lynn consiguió su grado de Maestra de Ciencia con los estudios de Aspectos de la estabilidad del ARN en Amoeba proteus. En ese año ingresó al doctorado en la Universidad de California, en Berkeley, y egresó en enero de 1965 con un trabajo titulado Un Patrón de incorporación inusual de timidina en Euglena. Ese mismo año publicaba un trabajo sobre el cloroplasto en el protozoo Euglena. En 1967 publicaba ella sola un artículo titulado Sobre el origen de la célula mitótica, publicado en el Journal of Theoretical Biology, donde comenzaba a especular sobre el posible origen evolutivo de la célula eucarionte retomando muchos autores soviéticos. Este artículo fue rechazado quince veces por varias revistas hasta que en el la última revista el interés por el tema llamó la atención del editor James F. DaNelly. Es en este trabajo que propone por vez primera un origen de la célula nucleada, o eucarionte, a partir de una coevolución con simbiontes intra-celulares, a los que denominó endosimbiontes, que dieron origen a los organelos como la mitocondria y el cloroplasto. Max Taylor, protozóologo de la Universidad de la Columbia Británica acuñó el término de Teoría de la Endosimbiosis Seriada.

Teoría de la endosimbiosis

Lynn se divorció de Carl Sagan en 1965, con quien tuvo dos hijos, Dorion (1959) y Jeremy (1960), y en 1967 se casó con el cristalógrafo Thomas Margulis, con quien tuvo un hijo, Zachary, y del que se divorció en 1980. A partir de esa fecha es el nombre de Lynn Margulis el que cobrará importancia.

En 1968 publicó Criterios evolutivos en Talófitas: Una alternativa radical, donde abordó problemas sobre el origen de las plantas y comenzaba a profundizar en la simbiogénesis, término que tomó de la literatura rusa. En artículos posteriores, Lynn Sagan estudiaría más a fondo los protozoarios, seres unicelulares que eran considerados hasta su época como animales muy primitivos.

En 1970 logró que Universidad de Yale publicara su primer libro, una vez que la editorial para la que había firmado contrato, Academic Press, decidió rechazarlo tras haberlo retenido cinco meses, El Origen de la Célula Eucarionte: Evidencia e implicaciones de la investigación hacia una teoría del origen y evolución de las células microbianas, vegetales y animales en la Tierra Precámbrica. En este libro, Lynn hablaba de cómo las células procariontes habían interactuado con las primitivas células eucariontes y habían conformado los organelos; bacterias semejantes a las ricketsias se convirtieron en endosimbiontes de los primeros eucariontes, convirtiéndose con el tiempo en las mitocondrias. Un linaje de estos protozoos primitivos logró realizar endosimbiosis con bacterias fotosintéticas, como las cianobacterias, produciendo un linaje con la capacidad de realizar fotosíntesis: las algas y las plantas. De acuerdo con la teoría endosimbiótica que Lynn construyó, la interacción entre membranas y endosimbiontes fue un salto crucial en el desarrollo de la vida, permitiéndole a las células ser algo más que un conglomerado. Esto explicaba la rápida radiación adaptativa que no quedaba registrada en los fósiles.

Este modelo contradecía en muchos aspectos al paradigma neodarwiniano de la evolución, por lo que en un principio hubo un gran rechazo a la teoría. Sin embargo, Lynn perseveró y dedicó su vida a colectar más evidencias de que la simbiogénesis había ocurrido. Básicamente debía probar cuatro estadios: 1) que había células sin organelos, 2) que había células sin mitocondrias, 3) que había células ancestrales de los cloroplastos y demás plástidos vegetales, 4) que las espiroquetas, bacterias con forma de espiral, conformaron los flagelos celulares. Sólo el cuarto jamás lo probaría.

A partir de 1969, y durante 1970, comenzó a publicar artículos donde estudiaba los flagelos y cilios de protozoos, principalmente en Stentor. En 1971 sus trabajos le llevaron a revisar el sistema de cinco reinos propuesto por Whittaker, donde se debía considerar el origen de la mitosis que Margulis había estudiado anteriormente. Desde 1972 y hasta 1974 se dedicó a estudiar la mitosis y la fisiología de los cilios en protozoos del género Stentor. Sin embargo, en 1974 comenzaría a explorar una nueva área de las geociencias.

La hipótesis Gaia

En 1974, Lynn y el científico y ambientalista inglés James Ephraim Lovelock (1919) propusieron que la Tierra era un sistema altamente regulado cuyas condiciones no eran aleatorias sino producto de las interacciones con toda la vida y los sistemas físicos[1]. La hipótesis Gaia, denominada así por Lovelock en honor a la diosa griega de la Tierra, Gaia o Gea, postulaba que los modelos para estudiar la biósfera apuntaban a que la vida regulaba las condiciones que necesitaba para sobrevivir, de modo que generaba una autorregulación, pues tendía siempre al equilibrio como lo haría la fisiología de cualquier otro organismo vivo. Esto no implicaba, como Lovelock y Margulis siempre aclararon, que la Tierra fuera un organismo, sino que las complejas interacciones de la biósfera con la litósfera, la hidrósfera y la atmósfera, en sus partes habitadas por la vida se producía un sistema complejo en equilibrio.

Esta hipótesis respaldada por Margulis se sumaba a la lista de nuevos paradigmas que la científica abrazaba y que contradecían muchos de los paradigmas biológicos. Antes de la hipótesis Gaia, los científicos hablaban de cómo la vida en el pasado mostraba que los seres vivos se habían tenido que ir adaptando a las cambiantes condiciones de la Tierra. Posterior a dicha hipótesis, eran los seres vivos, principalmente las bacterias en opinión de Lynn, los que iban generando sus nuevas condiciones y haciendo el planeta cada vez más habitable. Esto explicaba que la salinidad del océano, la química atmosférica o la disponibilidad de nutrientes dejaran de ser simplemente fortuitas o casuales. En 1975, Lynn publicó un nuevo artículo donde ahondaba en la contribución de los microorganismos a la evolución. Es en este año donde Lynn viaja por primera vez a la URSS como conferencista invitada para el Congreso Internacional de Botánica en la ciudad de Leningrado.

En 1976 continuó expandiendo la teoría endosimbiótica al estudiar las consecuencias evolutivas de la simbiosis. Para 1977, Lynn demostraba su nuevo interés: la posibilidad de vida en otros planetas, comenzando por la explicación de las razones por las cuales no podían crecer microorganismos en Urano, Neptuno o Titán.

A partir de 1978 y en 1979 la actividad científica de Lynn se diversificó, profundizando en todas las hipótesis en las que ahora trabajaba y utilizando los nuevos datos que se obtenían de los estudios moleculares de microorganismos y de la carrera especial entre Estados Unidos y la URSS que mandaban misiones de exploración al espacio. También en este año revisa junto con Whittaker el sistema de clasificación de cinco reinos y redefinen el reino Protista. En 1980 Lynn publica los resultados de sus trabajos con microorganismos en Sonora y Baja California, estados norteños de México. Entre 1981 y 1983, Lynn continuó trabajando con diversos autores, principalmente buscando encontrar evidencias del origen de los flagelos a partir de espiroquetas.

En 1984 Lynn publica un artículo junto con su hijo mayor Dorion Sagan, sobre la evolución de la reproducción sexual. En ese mismo año y hasta 1987 continúa trabajando con los resultados que producen las localidades mexicanas, buscando evidencias de las interacciones entre los sistemas geológicos y la biósfera. Su objeto de estudio fueron las comunidades microbianas de los estromatolitos. A finales de 1986 Lynn comienza a investigar el origen de los procariontes y de la vida. A partir de este momento su investigación abarca todos los problemas sobre el origen de la vida: la teoría de la simbiogénesis, la hipótesis Gaia, el origen de la vida y la revisión del sistema de cinco reinos.

En 1989 regresa a la URSS como conferencista para la Universidad de Moscú, sobre evolución y simbiosis, en la Universidad Estatal de Leningrado, sobre la simbiosis en la evolución celular, y en el Instituto de Citología de Leningrado sobre el origen de los undilipodios (flagelos) a partir de espiroquetas simbiontes.

La biología evolutiva

De todos sus trabajos es posible rescatar lo que para Lynn eran los grandes problemas de la evolución. Respecto a la selección natural de Charles Darwin, era claro que tal fenómeno era una respuesta natural de las condiciones ecológicas de un ser vivo, pues no todo el 100% de la descendencia logrará sobrevivir. Sin embargo, esto no era sino un proceso de eliminación, faltaba explicar la fuerza creadora que regía la evolución. Durante los años de 1950 a 1970 los descubrimientos apuntaban a que las mutaciones eran en realidad esta fuerza creativa de la evolución que proveía de variaciones, pero para Lynn la simbiogénesis era una fuerza igualmente o creativa, o incluso más. Para Lynn, los ejemplos de mutaciones genéticas generaban enfermedades y no le era viable concebir que una especie surgiera mediante errores genéticos, pero siempre encontraba casos de simbiogénesis.

La nueva síntesis evolutiva, con la cual seguimos trabajando, es que el genoma era el origen de los cambios que conducían a la innovación en la naturaleza, siendo los organismos solamente el producto del genoma; pero para Lynn son los organismos los que dirigen el proceso, haciendo del genoma su producto. En el libro de Lynn y su hijo Dorion, Captando genomas: una teoría del origen de las especies, publicado en 2002, argumentan que lo que se necesita más forzosamente que las mutaciones es la adquisición de genomas.

En su libro Planeta simbiótico: una nueva mirada a la evolución, de 1998, describe cómo uno de los ejemplos de evolución a través de mutaciones resultó ser un ejemplo de simbiosis, porque el papel de los microorganismos siempre es desdeñado en la evolución.

«Una vez le pregunté al elocuente y afable paleontólogo Niles Eldredge si sabía de algún caso en el que se hubiera documentado la formación de una nueva especie. Le dije que me conformaría con que su ejemplo hubiera sido extraído del laboratorio, del trabajo de campo o de la observación del registro fósil. Sólo pudo reunir un buen ejemplo: los experimentos de Theodosius Dobzhansky con Drosophila, la mosca de la fruta. En este fascinante experimento, poblaciones de mosca de la fruta criaban a temperaturas progresivamente crecientes, separándose genéticamente. Después de cerca de dos años, las criadas con calor ya no podían producir prole fértil con sus hermanas criadas con frío. «Pero —añadió rápidamente Eldredge— ¡esto resultó estar relacionado con un parásito!» De hecho, posteriormente se descubrió que las moscas que criaban en caliente carecían de una bacteria simbiótica intracelular que aparecía en las que lo hacían en frío. Eldredge descartó este caso como una observación de especiación porque implicaba una simbiosis microbiana. Le habían enseñado, como a todos nosotros, que los microbios son gérmenes y que cuando tienes gérmenes sufres una enfermedad, no te conviertes en una nueva especie. También le habían enseñado que la evolución mediante selección natural tiene lugar por la acumulación gradual, a lo largo de eones, de mutaciones genéticas simples.»

En esta misma obra es donde Lynn finalmente reconoce que el origen endosimbiótico de las células eucariontes no era ya objeto de controversia porque el paradigma de la evolución neodarwinista lo había incorporado por las evidencias presentadas –salvo tal vez el caso de las espiroquetas y los flagelos-, pero la importancia de la simbiosis seguía sin ser completamente amalgamada en dicho paradigma.

Reconocimiento a un símbolo

A Lynn sin duda le tocó luchar contra los paradigmas de la biología, no solamente por las concepciones neodarwinistas, sino por el inminente contacto que forzaba entre el bloque soviético y el bloque occidental. Se habla ahora de las teorías de la endosimbiosis seriada y de Gaia, robustecidas por las evidencias acumuladas durante su vida. Lynn es el ejemplo vivo del modelo de científico colaborador y abierto a las ideas.

Fue docente en muchas universidades en Estados Unidos y fue invitada docente en universidades alrededor del mundo. Formó parte de varios comités tanto estadunidenses como internacionales, además de ser invitada a dar clases en la URSS, nación que veía con orgullo que las teorías de sus científicos fueran aceptadas por la nación rival de la Guerra Fría. Recibió la Medalla Nacional de Ciencia a manos del presidente Bill Clinton (1999), la Medalla Darwin-Wallace de la Sociedad Linneana de Londres y la elección como miembro de la Academia de Nacional de Ciencias de Estados Unidos y la Academia de Ciencias Naturales de Rusia, como una de los tres miembros estadounidenses. En México, su papel en el desarrollo de la ecología microbiana fue notable gracias al estímulo que investigadores mexicanos recibieron por parte de Lynn.

Recibiendo el Premio Nacional de Ciencia de manos del presidente Bill Clinton. Lou Gold

Lynn participó en cursos y simposios en el centro de estudios internacionales GAIA en la isla de San Cristóbal, en el archipiélago ecuatoriano de las Galápagos, donde ahora se creó el Centro Lynn Margulis de Biología Evolutiva, que se centra en investigar y divulgar la biología en América Latina y del que es director el investigador mexicano, y uno de los tantos amigos que tuvo Lynn, Antonio Lazcano Araujo, profesor en la Universidad Nacional Autónoma de México.

Sus estudios con espiroquetas la llevaron a irritar a muchos médicos e inmunólogos con ideas nuevamente igual de heterodoxas. En el año 2009 publicó un artículo donde declaraba que las espiroquetas formaban cuerpos redondeados que realizaban una simbiosis con el paciente de modo que el genoma del paciente y el de la espiroqueta se integraban en uno: el paciente viviría con la enfermedad. En el artículo La reaparición del gran imitador, el equipo liderado por Lynn sugirió que, tras revisar literatura rusa y europea que no consideraba la medicina occidental, tanto la sífilis como la enfermedad de Lyme y el sida son síntomas producidos por la infección causada por los cuerpos redondeados (quistes) que forman las espiroquetas ante condiciones adversas, como la hambruna, la desecación, la oxidación y la presencia de antibióticos: “los síntomas del sida se empalman perfectamente con los de la sífilis”, declaró Lynn en una entrevista. Para Lynn y muchos microbiólogos, el causante del sida es Treponema pallidum, la bacteria que produce la sífilis, una enfermedad que clásicamente se cree erradicada gracias al uso de la penicilina; en el artículo mencionado anteriormente, afirman que las espiroquetosis en humanos son ejemplos de simbiosis cíclicas cuando se ven en un contexto evolutivo y ecológico a través de la escala geológica. Algunas de esas simbiosis, se ha demostrado, se asocian con partículas viroides capaces de sintetizar transcriptasas reversas, que son importantes en la asociación de los dos genomas: el bacteriano y el humano. De acuerdo con esta hipótesis, el virus de inmunodeficiencia humano (VIH) sería la evidencia de que la sífilis se ha readaptado al ser humano en un síndrome de inmunodeficiencia. En el artículo, se concluye que es necesario investigar este tema en lugar de silenciarlo dado que se invierte mucho dinero para investigar al sida y su cura[2]. El silencio respecto a las investigaciones en espiroquetas realizadas por científicos rusos sería una consecuencia histórica de la Guerra Fría, pues el sida surgió como enfermedad en el año 1981 cuando se declaró su existencia por parte del Centro para el Control y Prevención de Enfermedades (CDC) de Estados Unidos.

Lynn Margulis murió el 22 de noviembre de 2011 mientras trabajaba en su laboratorio de Amherst, Massachusetts, estudiando el papel de las espiroquetas en los procesos simbiogenéticos, la única pieza que le faltó y sigue faltando en su teoría endosimbiótica. La noticia de su muerte conmocionó a la comunidad científica internacional, siendo el reconocimiento particularmente notorio por parte de España y América Latina, en donde dejó un legado y una impresión grandes. Sus heterodoxas ideas son ahora parte de la ortodoxia biológica.

Fuentes

Lake, James A. (2011, Diciembre 22) Lynn Margulis (1938-2011) Nature | Obituary. Consultado el 15 de febrero de 2014 en https://www.nature.com/nature/journal
Margulis, Lynn (1970) Origin of Eukaryotic Cells: Evidence and research implications for a theory of the origin and evolution of microbial, plant and animal cells on the Precambrian Earth. Yale University Press, New Haven, CT, XXII, 349 pp.
Margulis, Lynn y Dorion Sagan (2002) Acquiring Genomes: Atheory of the origins of species. BasicBooks, New York, 240 pp.
Margulis, Lynn; Andrew Maniotis, James McAllister, John Scythes, Oystein Brorson, John Hall, Wolfang E. Krumbein y Michael J. Chapman (2009) Spirochete round bodies Syphilis, Lyme disease & AIDS: Resurgence of “the great imitator”? Symbiosis 47: 51-58.
Mercè Piqueras (2012) Lynn Margulis (1938-2011): The sense of wonder. Sem@foro, 53: 14-19.
Nikolaevna Khakhina, Liya (1992) Concepts of Symbiogenesis. A Historical and Critical Study of the Research of Russian Botanists. Yale Press. 160 pp.
Rose, Steven (2011, Diciembre 11) Lynn Margulis Obituary. Evolutionary biologist whose innovative work has become mainstream. The Guardian. Consultado el 18 de febrero de 2014 en http:// http://www.theguardian.com/science/

Portada: Lynn Margulis en el I Curso de Formación en Actualidad Científicia, España, 2005 Javier Pedreira

[1] Esta hipótesis surgió como consecuencia directa de las exploraciones espaciales que eran realizadas dentro del contexto de la carrera espacial entre la NASA y el Programa Espacial de la Unión Soviética.

[2] Las ideas de Margulis se consideran actualmente parte del negacionismo del sida, que engloba a todas aquellas hipótesis que niegan que el VIH sea el único agente causal de la enfermedad del sida, consenso científico en torno a la enfermedad.