Virus gigantes, una pieza inesperada que explica el origen de la vida compleja

En la década de 1960, una joven bióloga llamada Lynn Margulies intentó publicar un artículo sobre el origen de las células complejas o eucariotas, el linaje al que pertenecen los animales, las plantas y los hongos. Después de ser rechazado por una quincena de revistas científicas, el texto finalmente vio la luz en 1967.

Su teoría de la endosimbiosis proponía una auténtica herejía para la época: la complejidad celular no surgía simplemente de mutaciones graduales como sugería el darwinismo, sino de una fusión literal entre diferentes microorganismos. Un microbio “tragó” al otro, no lo digirió, y de esta unión surgieron orgánulos de células eucariotas como las mitocondrias (“centrales eléctricas” celulares) y, más tarde, los cloroplastos de las plantas.

La evolución de la intuición

Durante años, la comunidad científica vio esta idea con enorme escepticismo y, a menudo, con burla. Sin embargo, la ciencia tiene la sana costumbre de demostrar quién tiene razón con evidencia empírica.

El descubrimiento de que las mitocondrias y los plastidios tienen su propio ADN circular, estrechamente relacionado con el de las bacterias y distinto del ADN del núcleo celular, marcó el triunfo definitivo y la aceptación global de la hipótesis endosimbiótica de Margulis.

Pero ella siempre fue más allá. Sospechaba que el proceso evolutivo de la célula eucariota era un proceso simbiótico mucho más complejo. Estaba convencida de que estas interacciones afectaban a múltiples estructuras y orgánulos, mucho más allá de la simple adopción de mitocondrias y cloroplastos.

Hoy, casi 60 años después de su primer artículo importante, la supercomputación confirma que su intuición sobre la multitud de alianzas era correcta, pero revela que los protagonistas, el tiempo y los mecanismos reales resultaron ser diferentes y mucho más fascinantes de lo que jamás hubiera imaginado.

Arqueología molecular en una supercomputadora

La historia de la evolución eucariota que nos han contado en los libros de texto es, en el fondo, demasiado simplista: las arqueas (un microorganismo unicelular que se parece a las bacterias pero con una historia evolutiva completamente diferente) y las bacterias se encontraron, formaron una alianza y de repente abrieron la puerta a la vida compleja. Sin embargo, un nuevo estudio liderado conjuntamente por el Barcelona Supercomputing Center (BSC-CNS) y el IRB Barcelona, ​​publicado hoy, 10 de junio, en la revista Nature, amplía radicalmente esta visión y redefine el marco de la eucariogénesis.

A diferencia de los paleontólogos, quienes estudian los orígenes de los eucariotas no tienen grandes huesos fosilizados que desenterrar. Aun así, ese proceso, que tuvo lugar hace unos 2 mil millones de años entre organismos microscópicos, ha dejado su huella en nuestros genomas actuales.

El equipo, dirigido por el investigador Tony Gabaldon, abordó este desafío como una auténtica pieza de arqueología molecular. Utilizando la enorme potencia informática del superordenador MareNostrum, reconstruyeron el repertorio genético de nuestro último ancestro común (conocido en biología como LECA, Last Eukaryotic Common Ancestor) y lo compararon evolutivamente con decenas de miles de genomas de bacterias, virus y arqueas modernas.

Nuevos invitados a la fiesta evolutiva

La espiral evoca el complejo entorno microbiano del que pudo haber surgido el último ancestro común de los eucariotas, convergiendo en el ADN central de los primeros eucariotas. Laura Fraile, CC BI-SA

Después de más de cinco años de analizar y procesar datos masivos, utilizando modelos matemáticos masivos, los investigadores descubrieron que el origen de la complejidad celular no fue un evento único y aislado, sino un proceso gradual, largo e inmensamente coralino que abarcó millones de años. El trabajo no niega el papel central de las mitocondrias, pero identifica la firma genética de otros grupos bacterianos que dejaron una huella vital en nuestro ancestro común.

La gran novedad es que estos aportes no parecen indicar la formación de un orgánulo específico, sino la adquisición de capacidades metabólicas y estructurales básicas. Entre ellas destacan dos linajes bacterianos: Mycococcota, relacionada con funciones metabólicas esenciales y la organización de lípidos y membranas; y Planctomycetota, bacterias conocidas por su inusual complejidad estructural y sus propios compartimentos internos.

Además, estas contribuciones no se hicieron al mismo tiempo. Los datos sugieren que Planctomyceta dejó una señal más antigua, mientras que Mycoccota y las bacterias precursoras mitocondriales muestran rastros más cercanos en el tiempo. Esto encaja con la idea de que los antepasados ​​de nuestras células vivieron en densas alfombras microbianas: comunidades ecológicas complejas donde multitud de organismos vivieron juntos, intercambiando genes y capacidades biológicas durante millones de años.

Virus gigantes: mediadores inesperados

Si la incorporación de múltiples señales bacterianas es nueva, el estudio revela un actor completamente inesperado y nunca considerado en los esquemas clásicos de endosimbiosis: los virus gigantes (Nucleocitoviricota).

A diferencia de los virus comunes, conocidos por su extrema simplicidad, estos gigantes tienen genomas enormes e infectan a eucariotas unicelulares. Un estudio de Nature muestra que algunos de los genes que nuestros antepasados ​​incorporaron tempranamente parecen provenir directamente de ellos.

Los autores sugieren que estos virus gigantes pueden haber actuado como vehículos o “taxis” de transferencia genética en esos ecosistemas ancestrales. Al infectar diferentes microorganismos que vivían en un mismo espacio, facilitaron el intercambio de material genético entre ellos, acelerando y moldeando decisivamente el genoma de las primeras células complejas.

Una quimera microscópica

Lejos de ser un camino recto, la evolución biológica es un laberinto enmarañado de llegadas y salidas, marcado por mezcla de linajes, selección, deriva, contingencias históricas o procesos que van desde la acumulación de mutaciones graduales hasta cambios saltatorios.

Como ocurre con nuestra propia especie, nuestras células no son producto de una línea genealógica pura y perfectamente planificada. A menudo nos resulta difícil aceptar que la evolución no tiene un objetivo predeterminado, sino que la vida tal como la conocemos es producto de procesos oportunistas en los que el azar y las circunstancias juegan un papel fundamental.

Nuestras células son, en esencia, una notable quimera microscópica; resultado de una mezcla de alianzas ancestrales entre arqueas, diferentes familias de bacterias e incluso comercio genético mediado por virus gigantes.

Este descubrimiento muestra cómo la ciencia moderna, armada con la genómica y la supercomputación, es capaz de transformar y superar las hipótesis propuestas previamente.

Es un hito importante que nos ayuda a comprender de dónde venimos y muestra que el espíritu audaz y la intuición de Lynn Margulies siguen más vivos que nunca.