El enigma del origen de la célula moderna

Oculta en lo más profundo de cada una de nuestras células, disfrazada como uno más de sus departamentos de gestión e integrada hasta la médula en su lógica metabólica, habita una primitiva bacteria que nadó libre por los océanos del eón Arcaico, hace 2.500 millones de años. Hoy la llamamos mitocondria, y lo que queda de su genoma –el ADN mitocondrial— sirve a menudo para identificar a los criminales y a sus víctimas. Entender cómo aquella bacteria libre se convirtió en nuestra mitocondria es entender el origen de la célula moderna, y el episodio más importante de la evolución desde el inicio de la vida.

Alexandros Pittis y Toni Gabaldón, del Centro de Regulación Genómica de Barcelona (CRG), han husmeado ahora en la noche de los tiempos, remontándose hasta los orígenes de la célula moderna –la célula eucariota, de la que estamos hechos todos los animales, los hongos y las plantas— con los métodos actuales de la biología evolutiva, unos sofisticados algoritmos que comparan los genomas para deducir los árboles genealógicos de sus portadores. Los resultados, que presentan en la revista Nature, son fáciles de resumir: las mitocondrias llegaron tarde a nuestras células. Para entenderlos, sin embargo, tenemos que retrasar el reloj 2.500 millones de años, hasta el suceso esencial de la historia de la vida en la Tierra.

Nuestro planeta tiene 4.500 millones de años, un tercio de la edad del universo, y los primeros microbios (células procariotas, en la jerga, que incluyen bacterias y arqueas) no tardaron mucho en aparecer: hay evidencias fósiles de hace 3.500 millones de años, y el planeta era probablemente un infierno en la etapa anterior. Pese a ello, la gran invención evolutiva de la historia de la vida, la célula eucariota, solo surgió hace 2.000 o 2.500 millones de años.

Entender cómo aquella bacteria libre se convirtió en nuestra mitocondria es entender el origen de la célula moderna, y el episodio más importante de la evolución desde el inicio de la vida

La célula eucariota es un autómata biológico mucho más avanzado que las bacterias y arqueas que la precedieron. Tiene el genoma organizado en cromosomas de compleja estructura y confinado en un núcleo, que le da el nombre “eucariota” (las bacterias y arqueas tienen el ADN suelto, sin un núcleo, y por eso se llaman procariotas). Además, tienen un sofisticado andamiaje, o citoesqueleto, que permite a nuestras neuronas, por ejemplo, formar sus largos axones y dendritas. Y tiene orgánulos (pequeños órganos), como las mitocondrias, que producen y gestionan la energía celular.

Los evolucionistas saben hoy que las mitocondrias provienen de antiguas bacterias, y que nuestro genoma contiene genes de bacterias y de arqueas. La teoría dominante, de hecho, es que la célula eucariota se originó por la fusión de una arquea y una bacteria, y que la mayor parte de los genes de la bacteria se asociaron a los de la arquea para formar el núcleo. Pittis y Gabaldón ha mostrado que no es así.

“Hay teorías para todos los gustos”, dice Gabaldón, “y algunas son muy bonitas, como la de que el núcleo surgió como un mecanismo de defensa contra las mitocondrias”. Pero no son más que teorías, advierte. Los dos científicos del CRG han buscado datos firmes, y han podido refutar la teoría dominante.

“Los genes de las proteínas mitocondriales tienen las ramas más cortas, en los árboles filogenéticos, que los que hace las proteínas del núcleo y de otras estructuras celulares”, dice Gabaldón. “Y el núcleo ya era una combinación de genes de bacterias y arqueas antes de la llegada de las alfa-proteobacterias, las bacterias precursoras de las mitocondrias”. El origen de la célula moderna no fue, por tanto, un suceso único de simbiosis, sino una simbiosis serial.

Hay teorías para todos los gustos, y algunas son muy bonitas, como la de que el núcleo surgió como un mecanismo de defensa contra las mitocondrias

Las proteínas más viejas de la célula eucariota provienen sobre todo de arqueas, según los datos de los investigadores de Barcelona. Se ocupan de las funciones autoalusivas de nuestras células: la replicación del genoma, su transcripción (o copia a ARN, una molécula similar al ADN, pero con una sola hilera de letras en vez de dos) y la traducción de éste al lenguaje de las proteínas, que son las nanomáquinas que ejecutan todas las funciones celulares.

Las proteínas de edad intermedia son de origen bacteriano, pero no de las alfa-proteobacterias que originaron las mitocondrias, sino de otros grupos de bacterias muy distintos. Curiosamente, estas proteínas están hoy, sobre todo, en los sistemas de membranas intracelulares (retículo endoplásmico y aparato de Golgi, llamado así por el gran rival de Ramón y Cajal).

Como toda buena investigación, la de Pittis y Gabaldón plantea más preguntas que respuestas. Una de las mejores es: ¿de qué bacteria salieron esos sistemas membranosos, junto a los genes para fabricar sus proteínas? Gabaldón se muestra cauto: ha visto caer demasiadas teorías bonitas en los últimos 20 años.