Un análisis de arqueología molecular con el superordenador MareNostrum demuestra que el ancestro de todos los eucariotas acumuló genes de varios grupos bacterianos y virus mucho antes de fusionarse con la mitocondria, lo que transforma el paradigma de la evolución celular.
El origen de las células complejas es, sin duda, uno de los mayores enigmas en la historia de la vida en nuestro planeta. Durante las últimas décadas, la biología ha explicado la emergencia de los eucariotas, el linaje celular al que pertenecen todos los animales, plantas, hongos y protistas, como una historia con dos únicos protagonistas.
Según la visión dominante, una arquea ancestral del grupo Asgard estableció una relación simbiótica con una alfa-proteobacteria que, con el tiempo, se convirtió en la mitocondria. Esta alianza binaria habría sido el Big Bang definitivo que abrió la puerta a la complejidad celular.
Esta semana, un nuevo estudio internacional coliderado por científicos españoles no cambia este relato, pero lo matiza de forma drástica. La investigación, publicada este miércoles en la revista Nature, propone que la aparición de las células complejas no fue un evento único y repentino, sino un proceso gradual, mestizo y colaborativo que se prolongó durante cientos de millones de años.
El trabajo demuestra que otros grupos bacterianos y una sorprendente estirpe de virus gigantes dejaron una huella genética profunda y constante en el genoma del ancestro común de todos los eucariotas antes de la llegada de la factoría energética celular.
“Para la parte de la mitocondria, la teoría de la endosimbiosis seriada de Lynn Margulis se aceptó y es así. Pero quedaba por resolver cuál era el hospedador, y la visión dominante era que todo lo demás se originó como resultado de esa interacción inicial”, dice Toni Gabaldón, investigador ICREA en el Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) y en el Barcelona Supercomputing Center (BSC-CNS), quien ha liderado el estudio.
“Nuestro trabajo sugiere que esta narrativa es incompleta y que había más actores en el escenario, poniendo sobre la mesa la posibilidad de que esta complejidad se originase a partir de la asociación de diferentes células”, ha indicado en un encuentro con la prensa celebrado por el Science Media Center (SMC) España.
Reconstruir un proceso que ocurrió hace unos 2 000 millones de años plantea un desafío monumental: los microorganismos primigenios no dejan huesos ni huellas visibles en el registro fósil. Para salvar este obstáculo, el equipo abordó el problema mediante una aproximación de arqueología molecular computacional.
Utilizando la potencia de cálculo de las sucesivas series del superordenador MareNostrum, los investigadores analizaron y compararon decenas de miles de genomas de la biodiversidad actual, tanto de procariotas como de eucariotas unicelulares.
El primer paso del proyecto, que ha requerido más de cinco años de desarrollo, consistió en reconstruir el repertorio de proteínas del Último Ancestro Común Eucariota, conocido en la jerga científica por sus siglas en inglés: LECA. Los modelos matemáticos aplicados estimaron que LECA poseía un genoma sumamente complejo, dotado de entre 7 751 y 12 907 familias de genes, un volumen muy similar al de muchos organismos unicelulares modernos.
Tras reconstruir este mapa metabólico ancestral, los investigadores rastrearon el origen filogenético de cada una de sus proteínas para determinar qué grupo del árbol de la vida se las había donado.
“Hemos sido muy conservadores: solo nos quedamos con las señales evolutivas más robustas, aquellas con una fuerza comparable a las señales ya aceptadas para la arquea ancestral y para la bacteria de la mitocondria”, detallan Moisès Bernabeu, Saioa Manzano-Morales y Marina Marcet-Houben, investigadores del grupo de Genómica Comparativa del IRB Barcelona y el BSC y coautores del estudio.
Los resultados confirmaron que, además de los dos socios ya conocidos, el genoma de LECA albergaba transferencias horizontales constantes de otros grupos bacterianos completamente independientes.
La idea de la herencia genética procedente de múltiples socios procariotas se representa como una espiral que evoca el complejo entorno microbiano donde pudo haberse originado el último ancestro común eucariota, confluyendo en el ADN del núcleo de los primeros eucariotas. / Laura Fraile
El análisis molecular identificó dos señales bacterianas especialmente potentes y hasta ahora ignoradas en los modelos de eucariogénesis: los grupos Myxococcota y Planctomycetota. Al analizar las funciones de los genes transferidos, los científicos descubrieron una especialización funcional muy coherente.
Las Myxococcota donaron enzimas clave para el metabolismo de los ácidos grasos y los lípidos de las membranas, mientras que las Planctomycetota aportaron componentes esenciales para el desarrollo del citoesqueleto celular, la estructura interna que da forma a la célula.
Pensamos que un ambiente así, rico en interacciones, fue el sustrato donde se originó la primera célula eucariota
Además de identificar a los donantes, los investigadores lograron establecer el orden temporal relativo de estas aportaciones midiendo la longitud de las ramas en los árboles filogenéticos. Los datos revelaron que las contribuciones no ocurrieron a la vez. La señal de Planctomycetota resultó ser la más antigua, fijada en el huésped arqueano mucho antes de que se incorporaran los genes de Myxococcota y, finalmente, los de la alfa-proteobacteria precursora de la mitocondria.
Este orden cronológico encaja con un escenario ecológico muy concreto: los tapetes microbianos. Estas estructuras son comunidades complejas donde multitud de microorganismos coexisten organizados en capas bajo diferentes condiciones químicas.
“Pensamos que un ambiente así, rico en interacciones, fue el sustrato donde se originó la primera célula eucariota”, apunta Gabaldón. En estas comunidades, el intercambio genético masivo permitió al protoeucariota integrar funciones metabólicas de forma autónoma, lo que eventualmente le facilitó abandonar esos nichos profundos, ascender a capas superiores y conquistar nuevos ambientes.
Uno de los hallazgos más sorprendentes y novedosos de la investigación es la implicación de los Nucleocytoviricota, un grupo específico conocido como virus gigantes debido a que poseen genomas masivos, capaces incluso de superar en tamaño al de algunas bacterias. El estudio demuestra de forma robusta que una parte significativa de los genes de LECA proviene directamente de estas entidades virales.
Los autores proponen que estos virus gigantes actuaron como vectores o vehículos de transferencia genética horizontal en los ecosistemas primitivos. Al infectar a los distintos microorganismos que convivían en el tapete microbiano, los virus integraban fragmentos de ADN de unas especies y los transportaban hacia el linaje protoeucariota en formación.
“Esto crea un panorama de origen híbrido de nuestro genoma ancestral”, afirma Alex de Mendoza, investigador en la Queen Mary University de Londres, ajeno al estudio, en declaraciones al SMC. “El proceso no fue una relación monógama entre dos organismos, sino algo más tipo un ménage à trois con distintos organismos en distintas épocas, con enfermedades virales incluidas”.
La publicación de este trabajo altera el debate científico sobre la evolución de la vida compleja y consolida la hipótesis de un origen tardío de la mitocondria. Otros expertos independientes consultados por el SMC han destacado que el estudio redefine la eucariogénesis como un proceso dinámico de redes de intercambio genético, apartándose de las visiones graduales puramente darwinianas.
“Nos hace ver que la historia que nos contábamos a nosotros mismos estaba incompleta”, concluye Gabaldón. “Todos los genomas preservan huellas de su pasado que nos ayudan a responder a una pregunta muy profunda: qué somos y de dónde venimos”.
Referencia:
Bernabeu M et al, “Diverse gene ancestries reveal multiple microbial associations during eukaryogenesis”, Nature, 2026.
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