El verdadero origen de la célula que dio lugar a todos los animales y plantas: un proceso gradual, no un único golpe de suerte

Durante décadas, la teoría dominante sostenía que las células eucariotas —aquellas con núcleo y mitocondrias que forman nuestro cuerpo y el de todos los organismos pluricelulares— surgieron de un único y afortunado encuentro: una bacteria fue engullida por una arquea y, en lugar de ser digerida, se convirtió en la mitocondria que suministra energía. Sin embargo, una investigación publicada hoy en Nature y liderada por el Barcelona Supercomputing Center (BSC) y el IRB Barcelona derriba esta visión simplista. El equipo, dirigido por el investigador ICREA Toni Gabaldón, demuestra que la aparición de las células eucariotas fue un proceso mucho más lento y complejo, que probablemente se extendió durante millones de años.

“Con la aparición de la célula eucariota, la evolución entró en una nueva dimensión”, señala Gabaldón.

Este hallazgo no solo reescribe un capítulo fundamental de la historia de la vida en la Tierra, sino que también abre nuevas preguntas sobre cómo pudo ocurrir algo similar —o completamente diferente— en otros planetas. A continuación, desglosamos los puntos clave de este estudio y lo que implican para nuestra comprensión de la biología.

¿Qué son las células eucariotas y por qué son tan especiales?

Las células eucariotas forman todos los organismos pluricelulares (animales, plantas y hongos), así como una enorme cantidad de unicelulares como algas y levaduras (entre ellas las que se usan para hacer pan y vino). Surgieron hace aproximadamente 2.000 millones de años, en un contexto planetario muy distinto al actual: la Tierra giraba más rápido, los días duraban 19 horas y el Sol emitía un 15 % menos de radiación.

Hasta ese momento, la vida había estado dominada exclusivamente por procariotas (bacterias y arqueas unicelulares), que aparecieron hace casi 4.000 millones de años. Estas células primitivas carecían de orgánulos internos como el núcleo (que protege el ADN) o las mitocondrias (que producen energía). La llegada de los eucariotas supuso un salto cualitativo: permitió la complejidad celular que hizo posible la multicelularidad y, eventualmente, la aparición de seres humanos.

Cambio de paradigma: de un solo evento a un proceso gradual

Estudios previos ya habían demostrado que las células eucariotas descienden de una simbiosis entre una bacteria y una arquea. La bacteria fue fagocitada pero, en vez de ser digerida, sobrevivió dentro de la arquea y le aportó energía, transformándose en mitocondria. Sin embargo, el equipo de Gabaldón aporta ahora pruebas de que esta simbiosis no fue ni la única ni la primera etapa.

• Intercambios genéticos múltiples: Durante un largo periodo, múltiples especies de bacterias y arqueas intercambiaron genes entre sí. Estos intercambios dotaron a algunos procariotas de las capacidades necesarias para convertirse en eucariotas.
• Escenario gradual: “Nuestros resultados sustentan un cambio de paradigma hacia un escenario más gradual”, escriben los autores en Nature. La evolución hacia la célula compleja no fue un golpe de suerte, sino una acumulación de innovaciones genéticas.

El laboratorio natural: los tapetes microbianos

Los investigadores han identificado dónde pudieron ocurrir estos intercambios: en los llamados tapetes microbianos. Se trata de ecosistemas formados por capas superpuestas de diferentes microorganismos, como una lasaña viviente. Gabaldón lo describe así: “En cada capa hay un tipo de organismo, que está en contacto con el de la capa de encima y la de debajo”. Esta disposición facilita el flujo constante de material genético entre especies.

Un agente inesperado: los virus gigantes como mensajeros genéticos

Uno de los hallazgos más sorprendentes del estudio es el papel de los virus gigantes. Estos virus, mucho mayores que los típicos, actuaron como mensajeros de genes entre las diferentes capas del tapete microbiano. Junto con la transferencia genética horizontal (un mecanismo habitual en bacterias y arqueas), los virus contribuyeron a esparcir genes clave para la formación de membranas y la gestión de lípidos.

“El hallazgo más inesperado para mí fue la intervención de virus gigantes en el intercambio genético”, confiesa Gabaldón.

Análisis masivo de genomas: la huella de dos bacterias ancestrales

Para llegar a estas conclusiones, el equipo analizó los genomas de todos los tipos de organismos eucariotas conocidos en el árbol de la vida. Esto permitió deducir qué grupos de genes son comunes a todos ellos y se remontan a su antepasado común, denominado LECA (Último Ancestro Común Eucariota).

Luego cotejaron esos genomas con los de una amplia variedad de bacterias, arqueas y virus. El análisis, que requirió la potencia de supercomputación del BSC, reveló dos rastros inequívocos:

• Myxococcota: Un filo de bacterias que aportó genes relacionados con el metabolismo de lípidos y la formación de membranas.
• Planctomicetos: Un grupo bacteriano que posee estructuras internas complejas y compartimentos inusuales, algo casi exclusivo entre las bacterias.

Además, se han detectado rastros más débiles de otros procariotas que aún esperan confirmación en investigaciones futuras.

Implicaciones para la búsqueda de vida extraterrestre

Gabaldón reflexiona: “No sabemos si la aparición de las células eucariotas era inevitable. Pienso que antes o después la evolución iba a explorar esta posibilidad, y que posiblemente se produjo más de una vez, pero solo nos ha llegado el linaje que sobrevivió”. Esta idea sugiere que, si en otros planetas han surgido formas de vida celular, podrían ser radicalmente distintas a las terrestres. La complejidad eucariota no sería un destino obligado, sino una de muchas bifurcaciones posibles en el camino evolutivo.

Para quienes deseen profundizar en los mecanismos de la evolución celular y la genómica, existen excelentes recursos divulgativos como libros de biología celular y evolución que explican estos conceptos de forma accesible. También resultan útiles obras sobre genética y genómica para entender cómo el análisis masivo de datos está revolucionando nuestro conocimiento del pasado.