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1 de Noviembre de 2014
Reseña

Simbiosis

Una perspectiva revolucionaria de la vida y su historia.

ONE PLUS ONE EQUALS ONE. SYMBIOSIS AND THE EVOLUTION OF COMPLEX LIFE
Por John Archibald. Oxford University Press, Oxford, 2014.

Nos encontramos en medio de una revolución científica construida sobre nuestro conocimiento del ADN, el material hereditario de la vida. Auxiliados por las herramientas de la biología molecular, sondeamos el mundo entorno y nos aprovechamos del mismo de una manera impensable decenios atrás. ¿Necesitamos identificar una bacteria y seguir su rastro en un brote hospitalario? En 24horas podemos obtener el perfil génico completo del germen desencadenante. ¿Nos interesa saber la constitución de nuestros parientes neandertales? Los paleoantropólogos han abordado la cuestión con muestras de ADN extraídas de huesos fósiles. Introducimos ADN humano en Escherichia coli para que la enterobacteria fabrique insulina.

En torno a 1970, Paul Berg y Janet Mertz infectaron E. coli con un virus creado artificialmente, a partir de virus de E. coli y del virus SV40, un virus de los simios. Se sabía que, en la naturaleza, los virus mediaban la transferencia de genes entre bacterias. A Berg le interesaba resolver la cuestión de si un sistema de transferencia de genes mediada por virus se daba también en las células de mamífero. El virus creado debía explorar esa posibilidad. También era importante averiguar si podía infectar a E. coli. Varios colegas plantearon su preocupación por las consecuencias. E. coli es un componente natural de la flora bacteriana de nuestro intestino. ¿Qué pasaría si el virus quimérico se escapaba del laboratorio y causaba una epidemia oncológica? Berg creía que semejante posibilidad era muy remota. Con todo, los experimentos se suspendieron hasta disponer de pruebas contundentes.

Berg y Metz no fueron los únicos en crear moléculas quiméricas de ADN. Stanley Cohen y Herbert Boyer habían estado experimentando con la inserción de ADN foráneo en plásmidos (moléculas de ADN circulares que se dan en células bacterianas) de E.coli. En 1973 anunciaron que un gen de ARN ribosómico extraído de rana se había clonado e integrado en E.coli. Las posibilidades que ello presentaba para la investigación básica y aplicada resultaron inmensas.

La ciencia del ADN ha renovado, entre otras, nuestra interpretación de las relaciones entre organismos. Todos los seres vivos, de los microorganismos a los humanos, comparten un origen común. Nos hemos acercado a la historia inicial de la vida y hemos adquirido cierto conocimiento sobre la aparición de las células complejas, las eucariotas, hace dos mil millones de años. La evolución ha ido combinando y conjuntando los componentes moleculares de la vida. Cuando los biólogos moleculares se adentraron en la selva microbiana descubrieron todo un mundo primigenio, las arqueas. Y descifraron claves, en el ADN de las células eucariotas, que apuntaban a una mezcolanza de bacterias de vida libre.

La célula eucariota, compleja, evolucionó a partir de células procariotas, más simples. Una transición que persiste envuelta en el misterio. La endosimbiosis, la forma más acabada de la simbiosis, desempeñó un papel motor. En particular, a la endosimbiosis se debió la incorporación de mitocondrias y cloroplastos. Las mitocondrias fueron en otro tiempo bacterias de vida libre. Dígase lo propio de los cloroplastos de las células vegetales. Introducida así la fotosíntesis oxigénica en los eucariotas, lo que siguió fue una cadena de acontecimientos que condujeron a la transformación de los océanos, los continentes y la atmósfera. Nuestras células son quimeras, formadas a través de la amalgama de dos tipos de células simples, una en el interior de otra. Las células complejas que componen animales y plantas son el resultado de fusiones simbióticas que se han ido presentando a lo largo de la historia de la vida.

La simbiosis (la vida conjunta de formas de vida distinta) es un fenómeno común en la naturaleza. Encierra la clave para comprender el salto en la complejidad celular que condujo al desarrollo de los eucariotas. Los científicos están descubriendo ejemplos de fusiones simbióticas sucesivas, con organismos incluidos en otros organismos. La biología molecular está demostrando que la historia de la vida es mucho más compleja de lo que nos habíamos imaginado.

El concepto de simbiosis arranca del trabajo de Simon Schwender (1829-1919), Antón de Bary (1831-1888) y Albert Frank (1839-1900). Los dos primeros tomaron a los líquenes como organismo de investigación; a las micorrizas el tercero. Los líquenes suelen crecer sobre superficies estables que reciben un adarme de luz solar. Constan de un talo, red estratificada filamentosa fúngica con células algales en su interior. Esta asociación entre alga y hongo ha evolucionado a lo largo de quinientos millones de años. La simbiosis de hongos y raíces de plantas forma micorrizas. Hasta el 90 por ciento de las plantas superiores establecen simbiosis micorrícicas. Se supone que las algas verdes no hubieran colonizado nunca tierra firme, sin la ayuda de los hongos.

Debemos a Constantin Mereschkowsky (1855-1921) el primer trabajo elaborado sobre endosimbiosis, en particular de los cloroplastos. Combinando conceptos de biología vegetal y de biología algal con ideas de simbiosis, desarrolló la tesis de la simbiogénesis, que definía el origen de organismos a través de la conjunción y unificación de dos o más individuos. En esa idea endosimbionte abundó Andreas Schimper, quien planteó la posibilidad de ese origen de los cloroplastos. En lo concerniente a las mitocondrias, Paul Portier no pensó que procedieran de bacterias, sino que eran bacterias en el interior celular. Publicó en 1918 Les symbiotes, cuya tesis, aberrante, muy pronto quedó desmentida: las células complejas dependerían de simbiontes bacterianos.

Hasta quince intentos, por lo menos, realizó Lynn Margulis antes de ver publicada su hipótesis en 1967 en el Journal of Theoretical Biology sobre el origen bacteriano de las mitocondrias. Margulis propuso también que los flagelos eucariotas se adquirieran por simbiosis con bacterias espiroquetas. Más tarde, defendería que los simbiontes formados a partir de organismos genéticamente distintos explicarían el proceso de especiación. En 1967 Jostein Goksoyr publicó en Nature una filogenia en la que los eucariotas derivaban de asociaciones simbióticas entre múltiples linajes procariotas. Philip John y Bob Whatley señalaron, en 1975, que la bacteria aeróbica del suelo Paracoccus denitrificans presentaba una serie de rasgos de su respiración celular que remedaban la función de las mitocondrias, y realizaron ensayos con el fin de descubrir el curso evolutivo de la conversión de bacteria de vida libre en mitocondria.

La alopoliploidización es la combinación de genomas procedentes de dos especies diferentes. Ha constituido fuente principal de innovación evolutiva y motor de especiación y adaptación ambiental. En el reino vegetal contribuyó en medida importante a la domesticación de las plantas. Se da por cierto que la alopoliploidización ocurrió a través de procesos de hibridación entre especies, acompañados o seguidos por duplicación genómica. Aunque muchos alopoliploides surgieron de especies estrechamente emparentadas (congéneres), existen otras especies alopoliploides que emergieron a partir de especies progenitoras más distantes, pertenecientes a géneros e incluso a tribus diferentes.

Abundan en la naturaleza las bacterias que experimentan tasas elevadas de mutaciones, lo mismo en las poblaciones naturales que en las multiplicadas en el laboratorio. Una de las causas inductoras de la presión de selección es la evolución antagonista con los parásitos. En 2007 se demostró in vitro que la coevolución antagonista con parásitos víricos promovía la evolución de la mutación de la bacteria Pseudomonas fluorescens.

La simbiosis mutualista puede aparecer incluso sin que hubiera coevolución previa. La mayoría de las asociaciones mutualistas beneficiosas entre individuos de diferentes especies, denominadas simbiosis mutualistas, han permitido grandes innovaciones ecológicas y se encuentran en la base de las grandes transiciones registradas en el árbol de la vida. Por ejemplo, el antepasado de los vegetales domesticó bacterias fotosintéticas endosimbiontes, los cloroplastos de hoy, para fijar el carbono. Esa asociación incrementó drásticamente el hábitat de esas bacterias fotosintéticas: de ecosistemas acuáticos a ecosistemas continentales. Sin embargo, la colonización de tierra firme por las plantas requería una ulterior asociación simbiótica, con simbiontes fúngicos que facilitan la adsorción de nutrientes.

Un ejemplo fascinante de endosimbiosis entre eucariotas y cianobacterias nos los ofrece la diatomea de agua dulce Rhopalodia gibba. En el interior de la diatomea habita una cianobacteria endosimbionte que está estrechamente emparentada con el género Cyanothece. Las especies de Cyanothece se caracterizan por su capacidad para fijar el nitrógeno atmosférico, es decir, para convertir el nitrógeno gaseoso en amonio y otros componentes relacionados. El endosimbionte constituye lo que, en virtud de su morfología, se denomina cuerpo esferoidal. La relación simbiótica estable que se entabla refleja la mutua interdependencia. El organismo hospedante era fotosintético antes de que se produjera la simbiosis. Las diatomeas portan cloroplastos derivados de una absorción endosimbiótica de una alga roja. Nada tiene, pues, de sorprendente que el cuerpo esferoidal no realice la fotosíntesis; lo que sí hace es fijar el nitrógeno, igual que las especies de Cyanothece de vida libre.

Al propio tiempo, la biotecnología avanzó imparable. No han cesado las preocupaciones éticas, legales y ambientales. Pero ahora los componentes de la investigación sobre el ADN recombinante son naturales. Se toman de la biosfera microbiana. La enzima de restricción del ADN, EcoRI, procede de E. coli; opera como un agente natural de defensa celular frente a material genético extraño. Se han identificado y empleado cientos de proteínas así. Enzimas que unen fragmentos de ADN. La polimerasa Taq se usa para amplificar ADN; procede de la bacteria Thermus aquaticus, descubierta en 1965 en los surtidores termales de Yellowstone.

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