En la naturaleza no todo es competencia
En el siglo XXI, las visiones que sostienen que los procesos evolutivos de los seres vivos se explican únicamente a través de la competencia o la selección natural, han quedado atrás. En consonancia con esta premisa, Valerié De Anda y Germán Hernández describen la importancia que ha tenido la simbiosis, otra de estas interacciones, en la formación y evolución de elementos como los organelos celulares, las mitocondrias y los cloroplastos, fundamentales para garantizar la vida de plantas, animales y seres humanos.
Valerie De Anda y Germán Hernández-Alonso
Pese al conocimiento de los diversos tipos de interacción entre los organismos, durante mucho tiempo los naturalistas y científicos del siglo XIX y principios del XX consideraron que la competencia era la forma más importante de interacción entre los organismos, la cual además de permitir la supervivencia frente a los rivales, era también la causa principal para que sucediera la evolución. De este modo se concebía una idea de un mundo natural férreo, en lucha constante, idea bien representada por la famosa frase utilizada por Darwin: «La supervivencia del más fuerte» como sinónimo de selección natural en la quinta edición de su libro El origen de las especies, publicada en 1869. Esta frase, muchas veces malinterpretada como un sinónimo de «competencia entre especies», mermó el pensamiento de los naturalistas y científicos del siglo XX, quienes se valían de la competencia como el principal mecanismo para que se llevara a cabo la selección natural. Sin embargo, conforme se comenzaron a estudiar otras formas de interacción entre especies, como por ejemplo el parasitismo y la endosimbiosis, se dieron cuenta de la importancia de estos tipos de interacción en el proceso evolutivo de los seres vivos, y que no solo la competencia mermaba la selección natural, si no también interacciones biológicas antes desconocidas.
En el caso particular de la simbiosis, podemos decir que es un tipo de interacción biológica en donde las especies involucradas presentan una estrecha relación de la que se benefician mutuamente. Dependiendo de la «relación espacial» es decir, dependiendo de dónde encontremos a los organismos participantes, se puede dividir la simbiosis en dos: endosimbiosis y ectosimbiosis. El primer tipo, se refiere al hecho de que uno de los organismos viva dentro del otro (hospedero-huésped), ya sea en alguna de sus cavidades o dentro de sus células. Este tipo de interacción proporciona grandes ventajas: por un lado el huésped se encuentra en un lugar estable y cómodo con condiciones reguladas por su hospedero, el cual además le aporta una fuente de alimentación constante. El hospedero a su vez recibe beneficios relacionados con las capacidades metabólicas de su huésped, funciones que sólo este huésped puede llevar a cabo, como la digestión de ciertas sustancias, aportación de nutrientes, neutralización de toxinas, etc. Bajo este mismo esquema, también podemos mencionar al segundo tipo de simbiosis, al cual se refiere a que el simbionte vive fuera del hospedero, no dentro de sus células (ectosimbiosis). Un ejemplo fácil y bien conocido es nuestra flora intestinal, formada por una gran diversidad de bacterias sin las cuales no podríamos vivir, ya que ellas permiten la digestión y asimilación de muchos nutrientes esenciales: las bacterias encuentran en nuestros intestinos condiciones óptimas para su desarrollo. Todo esto permite que los socios involucrados en la simbiosis logren ventajas sobre sus competidores y estén mejor adaptados para enfrentarse al ambiente.
Para algunos pocos científicos esta clase de interacción significó algo de gran relevancia, una estrategia evolutiva compleja y que estaba más generalizada en la naturaleza de lo que pensaban. En 1883 el alemán Andreas Schimper propuso que la capacidad de las plantas para hacer fotosíntesis podía tener un origen en las cianobacterias, las cuales son un tipo de bacterias que también pueden realizar este metabolismo. Tiempo después, en 1909 Merezhkovsky, uno de los científicos más importantes en este tema, encontró que «la endosimbiosis» podía ser la explicación a una vasta gama de procesos evolutivos, por lo que propuso la «Teoría de la Simbiogénesis», donde postula que ciertos órganos, e incluso organismos completos, podrían surgir no por un proceso gradual de selección natural y evolución, sino gracias a asociaciones simbióticas. De esta manera propuso el origen eucarionte (organismos con núcleo verdadero) a partir de un proceso largo de endosimbiosis, en donde un microorganismo huésped formó en un momento determinado el nuevo núcleo celular. Así como Merezhkovsky, algunos científicos más llegaron a conclusiones similares, pero fueron ignorados e incluso desprestigiados en su momento.
No fue hasta 1967 cuando la afamada científica Lynn Margulis presentó su «Teoría Endosimbiotica», donde retoma las ideas revolucionarias de los científicos mencionados y logra perfeccionarlas, encontrando evidencias contundentes para defender la teoría sobre el origen endosimbiótico de la célula eucarionte, tipo celular que evolucionaría con el tiempo, dando lugar a todos los hongos, plantas, protozoarios y animales que conocemos hoy en día.
Margulis propone que a partir de varios sucesos de endosimbiosis y asociación entre procariontes (organismos unicelulares sin núcleo como bacterias y arqueas) se formaron las primeras células eucariontes hace unos 1500 millones de años. Es bien conocido que los organismos procariontes presentan la mayor diversidad metabólica del planeta y además son el grupo de seres vivos que aparecieron primero en el planeta Tierra (3800 millones de años). La idea general de la teoría dice que inicialmente una bacteria anoxigénica (que no respiran oxígeno) consumidora de azufre se unió a una espiroqueta, un tipo de bacterias móvil; de esta manera el nuevo organismo logró movilidad. A su vez, sus genes se recombinaron, y de esta forma se creó el primer organismo eucarionte (actualmente éste es el punto más débil y menos aceptado de la teoría). Subsecuentemente se dieron más interacciones de endosimbiosis. Una de estas, tal vez la más importante, fue la de adquirir bacterias que pudiesen respirar oxígeno; en ese entonces el dióxido de carbono predominaba en la atmósfera, y el oxígeno existente era tóxico para la mayoría de los organismos, a diferencia de lo que ocurre hoy. Pero en ese mismo tiempo las cianobacterias, que llevan a cabo la fotosíntesis de manera natural, comenzaron a llenar de oxigeno la atmósfera (el oxígeno surge de la fotosíntesis como un producto de desecho), extinguiendo una gran cantidad de especies y abriendo camino a las pocas que pudiesen respirar este compuesto, es ahí donde la asociación de bacterias oxigénicas (respiradora de oxígeno) con el primer eucarionte fue un paso gigantesco para su adaptación, permitiéndole conquistar nuevos ambientes y predominar sobre los demás organismos. Estas bacterias endosimbiontes se convertirían con el paso de miles de años en organelos celulares: la mitocondria y los peroxisomas, organelos que actualmente los eucariontes tenemos en nuestras células y nos permiten metabolizar el oxígeno y producir energía a partir de la respiración. Una de las pruebas más contundentes de esta incorporación es el hecho de que la mitocondria presenta su propia información genética independiente a la del núcleo, con características bacterianas (es decir, tiene su propio conjunto de genes, denominado genoma, con características parecidas a los genomas bacterianos). De este paso evolutivo surgió la rama genealógica de los hongos y animales.
En otro momento esta célula eucarionte, ahora compleja y especializada, obtuvo una nueva endosimbiosis con bacterias fotosintéticas, las cianobacterias; las cuales se convertirían en los cloroplastos que contienen las plantas y que les permiten llevar a cabo la fotosíntesis. Este organelo, al igual que la mitocondria, presenta su propio material genético independiente.
Hoy día esta teoría es ampliamente aceptada, y demuestra cómo las interacciones endosimbióticas han jugado un papel fundamental para la adaptación de los organismos, aumentando su capacidad de competencia y provocando cambios drásticos en la evolución, cambios que no podrían darse por simple competencia u otro tipo de interacción. El mundo actual y nuestra presencia en el planeta es resultado de este proceso endosimbiótico y su evolución a través de cientos de millones de años. Es de esta manera que ahora entendemos que no todo en la naturaleza es competencia, también existen las asociaciones como lo son la simbiosis y la endosimbiosis, que permiten una forma alterna para que la vida continúe su lucha por la existencia.
Ahora bien, los endosimbiontes además tienen características en sus genomas que los hacen el modelo de estudio de muchos investigadores, lo anterior debido a que presentan los genomas más pequeños de entre todos los seres vivos. El ejemplo clásico de reducción genómica son las mitocondrias y cloroplastos, que ya se mencionaron anteriormente. Por lo que durante millones de años esta convivencia entre los organismos implicados (endosimbionte-huésped) ha provocado que el endosimbionte no necesite de muchos genes, los cuales, para otros organismos de vida libre, serían esenciales, como ejemplo están lo genes de resistencia a antibióticos, o producción de toxinas, ya que no necesitan protegerse de enemigos dentro de su hospedero.
Pongámoslo en números. El genoma humano codifica en promedio 25,000 genes, mientras que las bacterias de vida libre contienen alrededor de 1,000. Hasta hace poco se consideraba que Mycoplasma genitalium tenía el genoma más pequeño (580 genes) sin embargo, al secuenciar el genoma de otros endosimbiontes, se encontró que un endosimbionte de las cucarachas, Blattabacterium cuenoti, contiene apenas 230 genes.
Actualmente han llamado la atención de la comunidad científica los endosimbiontes de las cochinillas, en donde una bacteria habita dentro de otra que es a su vez endosimbionte de la cochinilla, caso que se puede entender recordando a las muñecas rusas matrioskas, donde cada muñeca representa un organismo distinto, la más grande sería la cochinilla, y dentro de esta vive un endosimbionte (Candidatus Tremblaya princeps) el cual a su vez contiene otro dentro (Candidatus Moranella endobia). Este es el primer caso conocido de su tipo, además el genoma de Candidatus Tremblayaprinceps es el más pequeño (menos de 180 genes) y simplificado conocido hasta ahora (2013). Esta bacteria ha perdido la capacidad de replicar su material genético y de fabricar proteínas. Por su parte, el endosimbionte que lo contiene, Candidatus Moranellaendobia sigue realizando la mayoría de las funciones perdidas en su huésped; es por eso que estos endosimbiontes no se consideran como organismos independientes, si no como parte de una entidad compuesta, idea que nos remite al origen de los eucariontes y nos permite imaginar que aún pueden ocurrir procesos evolutivos por endosimbiosis que podrían cambiar la historia del mundo nuevamente.
Referencias recomendadas
Teoría endosimbiótica
- Lynn Margulis, Michael Chapman, Ricardo Guerrero, and John Hall. 2006. The last eukaryotic common ancestor (LECA): Acquisition of cytoskeletal motility from aerotolerant spirochetes in the Proterozoic Eon.PNAS. Vol. 103. no. 35. pp. 13080-13085.
- Caridad Sánchez A. 2000. Origen y evolución del parasitismo. Tesis, España: Academia de ciencias exactas, física, química y naturales de Zaragoza.
Genomas minimos de endosimbiontes
- Lopez-Magridal et al. 2013. Mealybugs nested endosymbiosis: going into the ‘matryoshka’ system in Planococcus citri in depth. BMC Microbiology, 13:74
- Nakabachi A, et al.,The 160-kilobase genome of the bacterial endosymbiont Carsonella.Science 314 (5797): pp.267
- Thao, M.L. 2000. «Cospeciation of Psyllids and Their Primary Prokaryotic Endosymbionts». Applied and Environmental Microbiology 66:2898-2905
- Thao, M.L. 2001. «Phylogenetic analysis of vertically transmitted psyllid endosymbionts (Candidatus Carsonella ruddii) based on atpAGD and rpoC: comparisons with 16S-23S rDNA-derived phylogeny». Current Microbiology 42:419-21
- Roeland C. H. J. van Ham et al., 2002. Reductive genome evolution in Buchnera aphidicola. PNAS; 100: 2 581–586
____________
Valerie De Anda Egresada de la Biología de la Facultad de Ciencias de la UNAM. Actualmente se encuentra realizando el doctorado en el Instituto de Ecología en el Departamento de Ecología Evolutiva en el Laboratorio de Evolución Molecular y Experimental. Sus pasiones en la vida son la Microbiología, la Biología molecular y la Astrobiología. Le entusiasma plantearse cuestiones sobre los límites de la vida en la Tierra, es decir ¿cómo es que la vida sobrevive en los extremos?, y si ¿estos límites pueden llegar a ser universales? O si ¿la vida es un experimento único de la evolución en el planeta tierra, o un proceso repetido en el universo?
Germán Hernández Alonso Estudiante de Biología en la Facultad de Ciencias de la UNAM. Actualmetne se encuentra realizando mi tesis de licenciatura en el Lab. De Evolución Molecular y Experimental del Instituto de Ecología, UNAM sobre la diversidad de comunidades microbianas en suelos de Cuatro Ciénegas, Coahuila. Dentro de sus principales intereses se encuentran el entender paso a paso los diversos procesos evolutivos que han originado la vida y la han transformado en la diversidad que hoy podemos observar. Particularmente siente una mayor afinidad por el conocimiento de los microorganismos, ya que son el grupo más diverso y antiguo del planeta y, por si fuera poco, son base para la subsistencia de los macroecosistemas y su biota.
