La célula eucariota, la unidad básica que constituye a los seres humanos, animales, plantas, hongos y protistas unicelulares, no surgió de un único evento evolutivo sino de múltiples interacciones cooperativas entre microorganismos ancestrales, según revela un estudio publicado en Nature por investigadores del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) y del Barcelona Supercomputing Centre (BSC).

El hallazgo amplía la revolucionaria teoría que la bióloga Lynn Margulis enunció en 1967, cuando propuso que la célula compleja nació mediante cooperación y simbiosis entre microbios hace unos 2.000 millones de años. Margulis sugirió que una antecesora de las actuales bacterias se quedó a vivir dentro de una arquea, dando lugar a las mitocondrias, las centrales energéticas de la célula. Esta teoría, inicialmente criticada, es hoy ampliamente aceptada por la comunidad científica.

El nuevo estudio identifica actores adicionales en este proceso. Toni Gabaldón, líder de la investigación, explicó que "somos descendientes directos de interacciones entre microbios ancestrales, pero aún tenemos que entenderlas mejor, porque solo podemos estudiar a sus descendientes y puede haber otros genes importantes cuyo origen aún no conocemos", según declaró en un encuentro facilitado por el Science Media Centre España.

Los planctomicetos, las deltaproteobacterias (Myxococcota) y unos virus gigantes llamados Nucleocytoviricota donaron una proporción significativa de genes a las células ancestrales antes de la endosimbiosis mitocondrial descrita por Margulis, según el equipo de Gabaldón. Estos intercambios se produjeron mediante un mecanismo conocido como "transferencia horizontal" de genes, donde los microorganismos comparten material genético de forma instantánea, sin esperar a la siguiente generación como ocurre en organismos superiores.

Este trasiego genético ocurre cuando los microorganismos se asocian en consorcios donde comparten sustratos químicos, nutrientes y material genético. Dos bacterias pueden intercambiar genes directamente, una sola puede captarlos de su entorno, y los virus pueden servir de vehículos que los transfieren entre bacterias. Este proceso funciona como un laboratorio natural de experimentos evolutivos que, cuando tienen éxito y se acumulan, propician hitos en la historia de la vida.

Gabaldón describió los tapetes o esteras microbianas como "un claro ejemplo donde la cooperación entre organismos da lugar a formas más eficientes de aprovechar los recursos, más que la competencia". Estos tapetes siguen existiendo en zonas costeras, salinas, algunas cuevas o deltas de ríos como el Ebro, donde Lynn Margulis descubrió en 1995, junto a un equipo de la Universidad Autónoma de Barcelona, la "espiroqueta catalana" (S. deltaiberi).

Estos ecosistemas gelatinosos fueron los primeros que hubo en la Tierra, matrices donde las formas de vida conviven e interactúan. El equipo de Gabaldón empleó cinco años de trabajo computacional en el superordenador MareNostrum del BSC para descifrar este pasado difuminado.

William C. Ratcliff, del departamento de Biología del Instituto Tecnológico de Georgia, valoró que el descubrimiento de la participación de virus gigantes "refuerza el creciente reconocimiento de que los virus desempeñan un papel fundamental en la dinámica evolutiva a largo plazo y que los límites entre linajes son mucho más permeables de lo que solemos creer".

Sin embargo, el biólogo Iñaki Ruiz-Trillo, del Instituto de Biología Evolutiva (IBE-UPF-CSIC), considera "un poco aventurado inferir interacciones directas entre los organismos que cita el estudio" y cree más cauteloso otorgar la procedencia de esos genes a una comunidad microbiana interconectada. "Aunque el trabajo es técnicamente sólido y encaja con propuestas previas, lo que han observado no es necesariamente una evidencia directa de cuáles fueron los donantes originales de genes, que podrían ser comunes a una población celular que los compartía. Quizás deberíamos pasar de buscar una célula ancestral concreta a una población ancestral dinámica", valoró el investigador.

El biólogo computacional Enrique M. Muro, de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (Alemania), situó el hallazgo en perspectiva histórica al recordar que la pionera en bioinformática Margaret Dayhoff aportó en los años sesenta "las primeras evidencias sólidas de un origen alphaproteobacteriano de la mitocondria", cuando "la teoría endosimbiótica de Margulis ganó la relevancia que tiene hoy".

Muro consideró que "la hipótesis de que había más organismos involucrados en el origen de eucariotas circulaba entre la comunidad científica, pero este trabajo añade mucha más evidencia de que pudo haber una adquisición gradual de genes a través de sucesivos eventos evolutivos. Hace tan solo 25 años nos hubiera parecido inverosímil que se pudieran mostrar evidencias de este tipo, que muestran el avance del ser humano en secuenciación y bioinformática".

El ecólogo microbiano Javier del Campo, del IBE-UPF-CSIC, quien tuvo la oportunidad de conocer a Margulis, afirmó que "su teoría de la endosimbiosis sigue siendo válida, pero ahora se amplía y se complica y estoy seguro de que a ella le habría encantado". Del Campo relató que "en los últimos años de su carrera, Lynn estaba empecinada en demostrar que el origen del flagelo (un apéndice móvil) en eucariotas también era un fenómeno endosimbiótico, aunque nadie ha encontrado nunca evidencias de ello. Esto demuestra que Lynn buscaba ampliar la teoría, y la transferencia horizontal de genes es, al fin y al cabo, una ampliación".

El investigador reconoció el legado de Margulis al señalar que "sin Lynn, se habría llegado tarde o temprano al punto en el que estamos, puesto que a principios del siglo XX ya existía una escuela de pensamiento en Rusia, encarnada por Konstantin Mereschkowski, que contemplaba la posibilidad de la endosimbiosis como mecanismo evolutivo, pero no habríamos llegado tan rápido".

El estudio confirma que la adquisición de la mitocondria fue posterior a las interacciones con otras bacterias y virus, según explicó Gabaldón. Este descubrimiento refuerza la visión de la evolución como un proceso donde la cooperación entre microorganismos, no solo la competencia, ha sido fundamental para el surgimiento de la vida compleja en la Tierra.