Hablando de flagelos, mitocondrias y cloroplastos. 50 años de la teoría endosimbionte.
Hace ya más de medio siglo que Lynn Petra Alexander publicó un artículo que cambio a la biología para siempre. Todo comenzó con la publicación de el origen de las células mitóticas (On the Origin of Mitosing Cells) que es el inicio de una nueva era en la biología con la hoy conocida Teoría Endosimbionte.
MITOSIS Proceso de división celular que se observa en células nucleadas (eucariotas) y que consiste en la duplicación del material genético y la segmentación ecuatorial de la célula, generando dos células hijas copias de la célula madre.
Es posible que si buscas el articulo no lo encuentres porque lo público con el nombre de Lynn Sagan, su nombre de casada (si, estas en lo correcto, era esposa de Carl Sagan), y si crees que tremendo esposo iba hacerle la vida fácil pues no fue así, ya que su artículo fue rechazado al menos quince veces antes de ser aceptado en la revista de biología teórica (Journal of Theoretical Biology) de la prestigiosa editorial Elsevier en el año de 1967.
Pero, aun así, quizá aun no la ubiques, pero para eso sigamos con su historia. Este mismo año en 1967 se casa con Thomas Margulis y comienza a usar su nuevo nombre de casada, Lynn Margulis. Y ahora sí, ese nombre ya deberías reconocerlo, ya que su legado es importante y se le recuerda como una de las grandes mentes científicas que han pasado por la historia de la biología como la Madre de la teoría endosimbionte, aunque sin quitarle merito fue quien hizo grande una teoría que nació en Rusia a inicios de siglo.
El origen ruso de la teoría endosimbionte
Fue Konstantín Merezhkovski, un biólogo ruso especialista en líquenes quien propuso por primera vez el origen endosimbionte de la célula eucariota, esto lo plasmo en sus obras Naturaleza y origen de los cromatóforos en el reino vegetal en 1905, Teoría de los dos plasmas como base de la Simbiogénesis, nuevo estudio sobre el origen de los organismos en 1909 y finalmente Simbiogénesis y el origen de las especies en 1928, donde propone que los cloroplastos de la célula vegetal podrían ser cianobacterias en asociación, similar a lo que ocurre en los líquenes (alga en simbiosis con hongo), pero la bacteria había sido introducida y asimilada por la célula vegetal.
En su trabajo Merezhkovski proponía que la teoría Darwiniana de la evolución estaba equivocada. Proponía que los verdaderos saltos evolutivos hacia formas más complejas de vida no estaban mediados por la selección natural, sino por eventos simbióticos exitosos.
El biólogo socialista Piotr Kropotkin propuso en su libro “Ayuda mutua: un factor en la evolución” que la cooperación entre animales es el mecanismo de supervivencia más exitoso, y que incluso una cooperación exitosa podía neutralizar el efecto de la selección natural mediante la evolución de gremios, no de especies. A esto se le llamaba darwinismo social
Este concepto de evolución simbiótica no era bien aceptado en Europa y Estados Unidos, ya que ponía en competencia la teoría evolutiva por selección natural de Darwin que contemplaba la competencia como mecanismo de selección, y la teoría de la simbiogénesis que consideraba que la cooperación era más beneficiosa que la destrucción.
Simbiosis
Lo primero que tenemos que hacer es definir que es un simbionte. Un simbionte es un organismo que tiene una relación contigo (o cualquier otro organismo) pero el resultado de esta convivencia es beneficioso para los dos, un ejemplo muy sencillo sería un perro o más cota de compañía, que a ti te brinda protección, compañía y muchos otros beneficios, y el perro se ve beneficiado ya que recibe alimento, un lugar para habitar y atención. Los dos se ven beneficiados, esto es simbiosis.
Ahora sí, ya sabemos que es un simbionte. Pero ¿qué es un endosimbionte?, pues exactamente lo mismo, pero uno de los organismos vive dentro del otro. Un ejemplo puede ser los microorganismos del tracto intestinal, que, aunque no todos, muchos de ellos nos protegen contra invasiones bacterianas, estimulan el sistema inmune y favorecen algunos procesos digestivos.
Entonces, es lo mismo, pero dentro de otro y uno se vuelve el hospedero.
Entonces, ¿Qué es la teoría endosimbionte?
La teoría endosimbionte fue el mecanismo que podía explicar al menos en parte como pudo ser el paso evolutivo de las bacterias y arqueas hacía sistema celular más complejo como lo son las células vegetales y animal (eucariotas), que ya presentan núcleo, membranas internas y organelos entre muchas otras diferencias.
Fue así como Lynn Margulis reinterpreta lo que los rusos proponían 60 años atrás, pero proponiendo la gran ausencia que presentaba la teoría, el ¿Cómo? y ¿Por qué? de estas asociaciones, que debieron ser adopciones consecutivas en diferentes momentos del proceso evolutivo.
La Teoría de la Endosimbiosis seriada (SET = Serial Endosymbiosis Theory).
La teoría de Lynn Alexander/Sagan/Margulis es una propuesta de cómo se pudieron haber dado estos fenómenos simbióticos.
De inicio esta célula ancestral llamada Protocélula debía ser de gran tamaño y con una membrana muy flexible, y por consiguiente las células que son “secuestradas” deben ser más pequeñas.
El primer paso en la teoría endosimbionte fue un paso “obligado” y esencial para la supervivencia al Oxigeno, en ese momento en que las cianobacterias y algunas otras bacterias fotosintéticas comenzaron a producir oxígeno, cambiando poco a poco la atmosfera reductora (sin oxígeno) existente a una atmosfera oxidante (con oxigeno). Este proceso inicio hace unos 2700 millones de años, pero fue un proceso lento, tardando 1500 millones de años para que el oxígeno fuera abundante en la atmosfera.
El oxígeno es un veneno metabólico si no se tiene control de la concentración que existe en la célula.
Está vida existente estaba diseñada para vivir en un ambiente anaeróbico (libre de oxigeno), y para poder colonizar nuevamente las capas superiores de la columna de agua y acceder a un ecosistema terrestre era necesaria una adaptación para tolerar al oxígeno. La autora propone que esta primera asociación debió haber sido entonces entre nuestra gran Protocélula y un microbio procariota aeróbico (Protomicondrion), y durante 1500 millones de años después de infinidad de eventos donde la Protobacteria se alimentaba de células más pequeñas como nuestro protomicondrion, una de estas bacterias ingeridas no fue digerida, y así por casualidad una pequeña célula pudo convertirse en la primera mitocondria, brindándole a la gran célula la capacidad de tolerar el oxígeno.
Esta relación celular fue evolucionando hasta que hace unos 1200 a 600 millones de años la cantidad de células con mitocondrias aumento en el registro fósil.
El siguiente paso en la historia evolutiva de la endosimbiosis serial es el flagelo, y la autora propone que una bacteria similar a las Espiroquetas, esto se propone por que las células tienen una red de pequeños tubos que forman el armazón que sostiene la célula, esta red se le llama citoesqueleto. La estructura del citoesqueleto es diferente entre eucariotas y procariotas (bacterias y arqueas), pero los flagelos de las eucariotas tienen una conformación llamada 9+2, ósea 9 tubos rodeando 2 tubos, pero el esqueleto de las eucariotas es diferente, esta estructura es común en bacterias. Y del mismo modo que con la mitocondria la casualidad permitió que dos organismos trabajaran en colaboración y la gran célula proveía alimento y la pequeña célula fuerza motriz.
Estas células ya son el antecedente de una célula animal primitiva, pero falta un paso más para la célula vegetal primitiva y es la adquisición del cloroplasto. Lynn Margulis al igual que Merezhkovski , considera que el cloroplasto primitivo debió haber sido un alga Cianofita o verdiazul, que hoy conocemos como Cianobacterias.
Y fue así como una serie de eventos aislados, separados por muchos millones de años hicieron posible la gran diversidad biológica que hoy tenemos.
Fue así entonces que, en 1967, con solo observaciones al microscopio y datos paleontológicos se escribió una historia que comenzó con una célula, que después Lynn Margulis con esa hambre de entender al universo biológico brincara a estudiar a la tierra como un gran organismo, la teoría Gaia.
Referencias
Margulis, L. (2014). Evolutionary Criteria in Thallophytes : A Radical Alternative. Science, 161(3845), 1020–1022.
Sagan, L. (1967). On the origin of mitosing cells. Journal of Theoretical Biology, 14(3), 225–274. http://doi.org/10.1016/0022-5193(67)90079-3
Pëtr Kropotkin, 1902. Mutual Aid: A Factor of Evolution.
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