Teoria de la endosimbiosis celular

Pruebas de la teoría endosimbiótica

La simbiogénesis (teoría endosimbiótica o teoría endosimbiótica en serie[2]) es la principal teoría evolutiva sobre el origen de las células eucariotas a partir de organismos procariotas[3]. La teoría sostiene que las mitocondrias, los plástidos como los cloroplastos y posiblemente otros orgánulos de las células eucariotas descienden de procariotas que vivían en libertad (más emparentados con las Bacterias que con las Archaea) y que fueron introducidos unos dentro de otros en endosimbiosis. Las mitocondrias parecen estar filogenéticamente emparentadas con las bacterias Rickettsiales, mientras que se cree que los cloroplastos están relacionados con las cianobacterias.

La idea de que los cloroplastos eran originalmente organismos independientes que se fusionaron en una relación simbiótica con otros organismos unicelulares se remonta al siglo XIX, cuando fue defendida por investigadores como Andreas Schimper. El botánico ruso Konstantin Mereschkowski formuló la teoría endosimbiótica en 1905 y 1910, y Lynn Margulis la avanzó y corroboró con pruebas microbiológicas en 1967.

Teoría del cloroplasto

¿En qué se parecen todos los seres vivos y en qué nos diferenciamos? Todos los seres vivos comparten una serie de procesos metabólicos celulares que funcionan tan bien que, como recetas valiosas, se han transmitido casi sin cambios desde que se inventaron hace mucho tiempo. Pero los seres vivos más numerosos, los procariotas, son unicelulares y sus células tienen un diseño más simple que las de los eucariotas. Entonces, ¿cómo surgieron las formas pluricelulares más complejas? Aunque la vida en solitario es más sencilla, algunos organismos consideraron beneficioso formar un equipo y convertirse en pluricelulares. Los grupos de células que realizan la misma tarea pueden formar tejidos especializados, y los grupos de tejidos que realizan tareas afines pueden formar órganos especializados. En determinadas situaciones, dividir el trabajo permite hacerlo mejor o más rápido. Parece que a nuestros antepasados les funcionó bien.

Organelos celulares: En el interior de las células de todos los eucariotas hay unos pequeños orgánulos llamados mitocondrias, a los que se suele denominar la “central eléctrica” de la célula. Las plantas tienen orgánulos adicionales llamados cloroplastos, que son más bien la versión natural del panel solar. Las mitocondrias y los cloroplastos, dos de los orgánulos celulares más importantes, tienen un origen curioso. Se parecen, en muchos aspectos, a procariotas unicelulares primitivos. Son estructuras de doble membrana que contienen su propio ADN, distinto del ADN del núcleo. Las membranas externas de la mitocondria y el cloroplasto se parecen a las de las células eucariotas o complejas, mientras que las membranas internas se parecen a las de las células procariotas o bacterianas primitivas. (¡Recuerde que estas membranas interiores son uno de los resultados de la endocitosis!). El ADN de la mitocondria y del cloroplasto forma un cromosoma anillado llamado plásmido, característico de las bacterias. En la actualidad, se acepta generalmente que estos orgánulos, vitales para la supervivencia de las células que los albergan, se originaron a partir del consumo o absorción incompleta de criaturas unicelulares hace milenios. Estos organismos unicelulares fueron adoptados por la célula y se convirtieron en parte integrante del organismo pluricelular, reproduciéndose cuando la célula mayor se divide.

Definición de la teoría endosimbiótica

Se cree que todos los organismos vivos han evolucionado a partir de un tipo de célula que apareció hace unos 3500×106 años, conocida como LUCA (Last Universal Common Ancestor). Esta célula era simple y probablemente similar a los procariotas actuales. Sin embargo, la complejidad celular de algunas de estas primeras células aumentó con el tiempo, dando lugar a la aparición de la célula eucariota. Se cree que todas las células eucariotas actuales proceden de uno de estos linajes celulares primitivos, al que se denomina LECA (Last Eukaryotic Common Ancestor). En la actualidad, las células eucariotas tienen compartimentos internos unidos por membranas, como el núcleo, el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, los endosomas, las mitocondrias, los cloroplastos, así como el citoesqueleto. Los fósiles más antiguos encontrados sugieren que las células eucariotas ya estaban presentes hace unos 1500×106 años, pero es plausible que aparecieran mucho antes.

Está ampliamente aceptado que algunos orgánulos de las células eucariotas surgieron por endosimbiosis. Mereschokovsky (1905, 1910) fue el primero en proponer que los cloroplastos son los descendientes de una célula procariota incorporada por una célula eucariota ancestral. Denominó a este proceso simbiogénesis, que más tarde dio lugar al término endosimbiosis. Posteriormente se propuso que las mitocondrias también eran el resultado de un proceso de endosimbiosis. La endosimbiosis mitocondrial se produjo mucho antes que la endosimbiosis del cloroplasto. Así pues, tanto las mitocondrias como los cloroplastos derivan de antiguas células procariotas libres que fueron incorporadas por otras células y evolucionaron hasta convertirse en orgánulos intracelulares. Algunos autores han planteado que los peroxisomas, los cilios y los flagelos también se originaron por procesos de endosimbiosis, aunque hay poco apoyo experimental.

Endosimbiosis y evolución de las células eucariotas

Historia del pensamiento evolutivoHome → Historia del pensamiento evolutivo → 1900 hasta la actualidad → Endosimbiosis: Lynn MargulisMargulis y otros plantearon la hipótesis de que los cloroplastos (abajo) evolucionaron a partir de las cianobacterias (arriba). Imagen del cloroplasto por cortesía del Laboratorio de Microscopía Electrónica de la Universidad Estatal de Nuevo México; imagen de la cianobacteria por cortesía del Instituto de Ciencias Biológicas de la Universidad de Tsukuba.

La Síntesis Moderna estableció que, con el tiempo, la selección natural actuando sobre las mutaciones podía generar nuevas adaptaciones y nuevas especies. Pero, ¿significaba eso que los nuevos linajes y adaptaciones sólo se forman a partir de los antiguos y heredando los genes de éstos? Algunos investigadores respondieron que no. La evolucionista Lynn Margulis demostró que un acontecimiento organizativo importante en la historia de la vida implicaba probablemente la fusión de dos o más linajes mediante simbiosis.

A finales de la década de 1960, Margulis (izquierda) estudió la estructura de las células. Las mitocondrias, por ejemplo, son cuerpos serpenteantes que generan la energía necesaria para el metabolismo. Para Margulis, se parecían mucho a las bacterias. Sabía que a los científicos les había llamado la atención esta similitud desde el descubrimiento de las mitocondrias a finales del siglo XIX. Algunos incluso sugirieron que las mitocondrias procedían de bacterias que vivían en simbiosis permanente dentro de las células de animales y plantas. Había ejemplos paralelos en todas las células vegetales. Las algas y las células vegetales tienen un segundo conjunto de órganos que utilizan para realizar la fotosíntesis. Conocidos como cloroplastos, captan la energía de la luz solar entrante. La energía impulsa reacciones bioquímicas que incluyen la combinación de agua y dióxido de carbono para producir materia orgánica. Los cloroplastos, al igual que las mitocondrias, se parecen mucho a las bacterias. Los científicos se convencieron de que los cloroplastos (abajo a la derecha), al igual que las mitocondrias, evolucionaron a partir de bacterias simbióticas, concretamente, que descendían de las cianobacterias (arriba a la derecha), los pequeños organismos que aprovechan la luz y que abundan en los océanos y en el agua dulce.