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¿Qué es la teoría endosimbiótica?
La teoría endosimbiótica intenta explicar cómo se produjo la evolución celular, desde que aparecieron los organismos unicelulares primigenios sobre la faz de la Tierra, hace alrededor de 3700 millones de años.
Se trataba de microorganismos muy pequeños, unicelulares, que se parecen mucho a las bacterias actuales.
Esto quiere decir que el origen de la vida está relacionado con la aparición de las primeras células de los organismos más primitivos: las procariotas, llamadas así porque carecen de un núcleo definido, el lugar donde se almacena toda la información genética.
Justamente el proceso de millones de años de evolución de esas células simples o células procariotas que dio paso a la formación de células eucariotas, mucho más complejas y con la capacidad de producir organismos multicelulares, se explica paso a paso en la teoría endosimbiótica.
La célula eucariota, perteneciente a seres eucariontes, son células de tipo vegetal, animal y abarcan también las de hongos y protistas. Los organismos, en consecuencia, se clasifican de acuerdo al número de células que poseen: hay seres unicelulares como los protozoos y las bacterias, seres imperceptibles a simple vista.
Y si tienen más de una célula, entonces son seres pluricelulares, que van desde organismos como los nematodos que tienen cientos de células, hasta llegar al ser humano, que tiene billones de células indispensables para la vida.
De hecho, la biosfera estaría repleta aun de células procariotas si no hubiese ocurrido ese salto evolutivo originó la aparición de miles de organismos pluricelulares con células de núcleo definido llamadas eucariotas, que marcan la extraordinaria diversidad en especies vegetales y animales que integran los ecosistemas terrestres y marinos.
Incluso, el ser humano tampoco habría aparecido como raza superior. Fue en el año 1967, cuando Lynn Margullis publicó su endosimbiosis serial, teoría que versa sobre el origen de la célula eucariota.
¿Qué propone la teoría endosimbiótica de Lyan Margullis?
Esta teoría aduce que las mitocondrias se originaron hace alrededor de unos 2000 años a partir de una bacteria aeróbica que logró establecer una relación simbiótica permanente con un organismo eucariota anaeróbico muy primitivo.
El supuesto fundamental de esta teoría celular se basa en que las mitocondrias y los cloroplastos evolucionaron a partir de bacterias fagocitadas por una célula eucariota ancestral.
Intenta demostrar que la mitocondria y el cloroplasto vivieron dentro de una célula huésped más grande, al comportarse las primeras células, las procariotas, como parásitos que vivían de otras. Esto significa que tanto la mitocondria como el cloroplasto fueron alguna vez células procariotas.
Entonces se produjo, en medio de esta relación parasitaria, un intercambio donde fueron claves el suministro de nutrientes y la extracción de oxígeno para la obtención de energía en la mitocondria primitiva, lo que permitió que las células procariotas tuvieran un lugar seguro, un hogar con mucha estabilidad. Esto se denomina relación endosimbiótica.
La segunda, el cloroplasto, es fundamental para que se realice el proceso de fotosíntesis, al transformar la energía lumínica proveniente del sol, en energía química que libera oxígeno.
Ambos, mitocondrias y cloroplastos poseen orgánulos semiautónomos parecidos a las bacterias y cargados de ADN, ARN y ribosomas 70S capaces de sintetizar proteínas. Se reproducen por división binaria y eso les permite transmitir información genética.
Cada orgánulo genera varias copias de una pequeña moléculas de DNA circular, pero que poseen una información genética insuficiente para lograr clasificar tales proteínas del orgánulo.
Y como todas las células eucariotas tienen algún tipo de mitocondria y solamente los organismos eucariotas fotosintéticos tienen cloroplastos que reaccionan frente a la luz solar, esta teoría propone que la endosimbiosis ocurrió dos veces de forma secuencial o serial, según se desprende de las investigaciones de Margulis, ampliamente aceptadas por la comunidad científica mundial.
Todo comenzaría con la relación simbiótica de una bacteria aeróbica con un ser eucariota anaeróbico primitivo que permitió realizar la función de respiración celular en las mitocondrias, hace unos 2000 millones de años.
Alrededor de 1000-1200 años después, sucedió algo parecido, con los cloroplastos, a partir de bacterias fotosintéticas, que fueron fagocitadas por algunas eucariotas, estableciéndose también una relación simbiótica perecedera entre ellas. Fue justamente de allí que aparecieron las primeras formas vegetales del planeta.
¿Cuáles son los pasos de la unión simbiogenética?
En varias incorporaciones, tres para ser exactos, se describe en varios pasos este proceso de unión simbiogenética de las bacterias, que dio origen a las células que conforman todos los individuos pertenecientes a los reinos de plantas, animales, hongos y protistas.
Primera incorporación
Ocurrió cuando una bacteria consumidora de azufre y agua como fuente de energía, llamada arquea fermentadora o termoacidófila, se habría fusionado con una bacteria nadadora llamada espiroqueta.
De esta unión surgió un nuevo organismo, sumándole las características iniciales para dar paso a un nuevo organismo, el primer eucarionte, un ser unicelular eucariota que viene a ser el ancestro único de todos los pluricelulares.
El nucleoplasma y flagelo de las células de plantas, animales, y hongos surgieron a partir de la unión de estas dos bacterias. Se adiciona entonces una nueva morfología compleja, cargada de una llamativa resistencia al llamado intercambio genético horizontal.
El ADN queda confinado en un núcleo interno distanciado del resto de la célula por la formación de una membrana. Este punto en particular no logró un consenso general entre la comunidad científica.
Han surgido varias hipótesis al respecto que aducen que el núcleo sería el resultado de la incorporación de otro simbionte, al igual que en las mitocondrias y los cloroplastos.
Más recientemente, se ha propuesto que en la formación del núcleo actúa una endosimbiosis de una célula con un virus, teoría que se ha denominado eucariogénesis viral.
Segunda incorporación
Surgió cuando un organismo con un núcleo todavía anaeróbico, vivía en medio donde el oxígeno era muy escaso, porque era incapaz de poder metabolizarlo, ya que actuaba como un veneno.
Ocurrió entonces una nueva incorporación que dotó a este eucarionte primitivo de la capacidad de sintetizar el oxígeno.
Así las cosas, este nuevo endosombionte, una batería respiradora de oxígeno libre, sería el ancestro directo de las actuales mitocondrias y peroxisomas presentes en las células eucariotas de los pluricelulares, garantizándose el éxito del mecanismo en un medio rico en oxígeno como la Tierra.
Tanto animales como hongos se consideran el resultado de este paso evolutivo a nivel celular. Al respecto, de forma textual Margullis, razonó su teoría de la siguiente manera:
“Esta segunda fusión, en la que el anaerobio nadador adquirió un respirador de oxígeno, condujo a células con tres componentes cada vez más preparadas para soportar los niveles de dióxido de carbono libre que se acumulaban en el aire. Juntos, el delicado nadador, la Arqueobacteria tolerante al calor y al ácido y el respirador de oxígeno, formaban ahora un único y prolífico individuo que produjo nubes de prole”.
Tercera incorporación
Dio paso al surgimiento del reino vegetal, porque las recientemente adquiridas células respiradoras de oxígeno fagocitarían bacterias fotosintéticas.
Algunas de estas, se hicieron altamente resistentes, logrando pasar a formar parte activa del organismo, lo que a su vez produjo un nuevo ser vivo capaz de sintetizar la energía procedente de los rayos solares.
Así aparecieron las plantas, los primeros seres pluricelulares. Margulis señala en este proceso final de la serie generadora de células complejas, ocurrió que los seres respiradores de oxigeno no pudieron digerir las bacterias fotosintéticas de color verde brillante.
Estas bacterias sobrevivieron tras una grandiosa lucha, donde la fusión completa fue el resultado final. Transcurrido cierto tiempo, estas se convirtieron en cloroplastos. Y también dieron origen al nacimiento de las primeras algas verdes nadadoras, ancestros de las células vegetales actuales.
¿Cuáles son los argumentos de la teoría endosimbiótica?
Entre los argumentos de esta teoría que intenta explicar el origen de la vida celular sobre la Tierra destacan:
- El tamaño de las mitocondrias se asemeja al de algunas bacterias.
- Tanto las mitocondrias como los cloroplastos tienen una ADN bicatenario circular cerrado covalentemente, igual que ocurre en los seres procariotas, pero el núcleo eucariota posee varios cromosomas bicatenarios lineales.
- Los rodea una doble membrana, que coincide con la idea del proceso de fagocitosis: la membrana interna es la membrana plasmática originaria de la bacteria y la membrana externa corresponde a la porción que la habría metido dentro de una vesícula.
- Los centros de obtención de energía de las mitocondrias y cloroplastos se sitúan en las membranas, al igual que sucede en las bacterias.
Adicionalmente, los tilacoides que se hallan en los cloroplastos se parecen mucho a unos sistemas a base de endomembranas que están presentes en las cianobacterias.
El proceso de síntesis proteica es autónomo tanto en mitocondrias como cloroplastos.
Existen proteínas codificadas en el núcleo que se transportan hacia el orgánulo. Tanto mitocondrias como cloroplastos tienen genomas más pequeños en comparación con las bacterias que podría explicarse por la alta dependencia hacia el anfitrión eucarióticos después de que se produce la endosimbiosis. Por eso, hospedador y huésped no pueden vivir por separados, después de millones de años.
Existen ribosomas llamados 70s en mitocondrias y cloroplastos, que son característicos de las células procariotas, pero en el resto de las células eucariotas los ribosomas son de tipo 80s.
Cuando se ejecuta un análisis del RNAr 16s de la subunidad interna del ribosoma de las mitocondrias y cloroplastos, se determina que tienen pequeñísimas diferencias con algunos seres procariotas.
¿Qué es la endosimbiosis secundaria?
Resulta que el protista heterótrofo Hatena asume el comportamiento de un depredador cuando ingiere algas verdes que perderán sus flagelos y el citoesqueleto, lo que hace que el protista se convierta en un anfitrión que logra adquirir: nutrición fotosintética, fototaxia y pierde su propio aparato de alimentación.
¿Qué es la endosimbiosis seriada?
En síntesis, esta teoría explica que el origen de las actuales células eucarióticas son descendientes de células que se fusionaron con bacterias por intermedio de simbiosis sucesivas, lo que permitió que adquirieran nuevas funciones muy provechosas para su evolución.
Esa simbiosis dio paso a la integración de un organismo en otro y por eso todas nuestras células tienen mitocondrias capaces de regalarnos energía mediante el proceso de respiración celular.
Del mismo modo, aparecieron las células vegetales que poseen cloroplastos, indispensables para que se lleve a cabo la fotosíntesis dadora de vida.
¿Quién fue Lyan Margullis?
Lyan Margullis (1938-2011) fue una brillante bióloga nacida en Estados Unidos, pionera en el campo de la evolución biológica que puso todo su conocimiento para desentrañar el origen de las células eucariotas.
Fue ella quien propuso en la década de los años 70, el primer mecanismo que explica cómo pudo ocurrir unas de las transiciones evolutivas más importantes de la historia, cuando se produjo la asociación entre unas células más pequeñas dentro de otras.
Es decir, lo que se conoce como el origen de los seres eucariontes o multicelulares a partir de otros más simple y unicelulares como los procariontes, transición que explica el origen de la vida sobre la Tierra.
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