Si observa sus células con un microscopio, verá que casi todas tienen un núcleo, mitocondrias y otros equipos en su interior. Las células eucariotas, células con núcleo, son la base de toda la vida compleja, los hongos, las plantas y nosotros. El cambio de célula procariótica a célula compleja es profundamente importante para la evolución de la vida, pero ¿cómo sucedió?

La explicación favorecida ha sido que un arqueón se tragó una bacteria. Los dos desarrollaron una relación simbiótica y se convirtieron en eucariotas. Esta explicación me molesta un poco porque necesita que la pareja haga mucho trabajo rápido, pero supongo que si las arqueas están comiendo bacterias millones y millones de veces al día, entonces están haciendo muchos intentos.

David Baum, profesor de botánica y biólogo evolutivo de la Universidad de Wisconsin-Madison, ha propuesto un nuevo modelo para la evolución eucariota. Su modelo está al revés y, para alguien que no es biólogo como yo, parece plausible.

Baum y su primo Buzz Baum en UCL, argumentan que las arqueas desarrollaron protuberancias llamadas vesículas, bracitos si se quiere. Esto permitió a las células interactuar mejor con su entorno. En el camino se encontraron con bacterias y comenzaron a desarrollar formas de explotar la energía de las bacterias, mientras las bacterias aún estaban fuera de la célula. Las células que hicieron esto mejor sobrevivieron con más frecuencia y se reprodujeron hasta que engulleron a la bacteria.

Modelo de adentro hacia afuera para la evolución de la organización de células eucariotas. Modelo que muestra la evolución gradual de la organización de células eucariotas a partir de (A) un ancestro de eocito con una membrana de unión única y una pared celular rica en glicoproteínas (capa S) que interactúa con α-proteobacterias epibióticas (proto-mitocondrias). (B) Prevemos que la célula del eocito forma protuberancias, con la ayuda de interacciones proteína-membrana en el cuello de la protuberancia. Estas protuberancias facilitaron el intercambio de material con proto-mitocondrias. (C) La selección de una mayor área de contacto entre los simbiontes habría llevado al agrandamiento de la vesícula y la eventual pérdida de la capa S de las protuberancias. (D) Las ampollas se habrían estabilizado aún más mediante el desarrollo de un complejo de anillo externo de poro nuclear simétrico (Figura 2) y mediante el establecimiento de complejos LINC que, luego de la pérdida gradual de la capa S, conectaron físicamente el cuerpo celular original (el compartimiento nuclear naciente) a las membranas vesicales internas. (E) Con la expansión de las ampollas para encerrar las protomitocondrias, un proceso que habría facilitado la adquisición de la maquinaria de biosíntesis de lípidos bacterianos por parte del huésped, el sitio de crecimiento celular se habría desplazado progresivamente al citoplasma, facilitado por el desarrollo de tráfico regulado a través del poro nuclear. Al mismo tiempo, los espacios entre las ampollas habrían permitido la maduración gradual de las proteínas secretadas al medio ambiente a través del espacio perinuclear a través de la glicosilación y la escisión proteolítica. (F) Finalmente, la fusión de ampollas habría conectado los compartimentos citoplásmicos e impulsado la formación de una membrana plasmática intacta, quizás a través de un proceso similar a la fagocitosis en el que una ampolla envolvía al conjunto. Esta transición topológica simple habría aislado el retículo endoplásmico del mundo exterior, impulsado el desarrollo completo de un sistema de tráfico vesicular y establecido una transmisión vertical estricta de las mitocondrias, lo que lleva a una célula con una organización celular eucariota moderna. Baum y Baum BMC Biología 2014 12:76 doi:10.1186/s12915-014-0076-2
Modelo inverso para la evolución de la organización celular eucariota. Modelo que muestra la evolución gradual de la organización celular eucariota a partir de (A) un ancestro eocitario con una sola membrana delimitadora y una pared celular rica en glucoproteínas (capa S) que interactúa con α-proteobacterias epibióticas (protomitocondrias). (B) Visualizamos al eocitario formando protuberancias, con la ayuda de interacciones proteína-membrana en el cuello de la protuberancia. Estas protuberancias facilitaron el intercambio de material con las protomitocondrias. (C) La selección para una mayor área de contacto entre los simbiontes habría provocado el agrandamiento de las vesículas y la posterior pérdida de la capa S de las protuberancias. (D) Las ampollas se habrían estabilizado aún más mediante el desarrollo de un complejo de anillo externo de poro nuclear simétrico (Figura 2) y a través del establecimiento de complejos LINC que, después de la pérdida gradual de la capa S, conectaron físicamente el cuerpo celular original (el compartimento nuclear naciente) a las membranas internas de las ampollas. (E) Con la expansión de las ampollas para encerrar las proto-mitocondrias, un proceso que habría facilitado la adquisición de la maquinaria de biosíntesis de lípidos bacterianos por parte del huésped, el sitio de crecimiento celular se habría desplazado progresivamente al citoplasma, facilitado por el desarrollo de tráfico regulado a través del poro nuclear. Al mismo tiempo, los espacios entre las vesículas habrían permitido la maduración gradual de las proteínas secretadas al entorno a través del espacio perinuclear mediante glicosilación y escisión proteolítica. (F) Finalmente, la fusión de las vesículas habría conectado los compartimentos citoplasmáticos e impulsado la formación de una membrana plasmática intacta, quizás mediante un proceso similar a la fagocitosis, donde una vesícula envolvía a la totalidad. Esta simple transición topológica habría aislado el retículo endoplasmático del exterior, impulsado el desarrollo completo de un sistema de tráfico vesicular y establecido una transmisión vertical estricta de las mitocondrias, dando lugar a una célula con la organización celular eucariota moderna. Baum y Baum, BMC Biology 2014 12:76 doi:10.1186/s12915-014-0076-2

Lo que me gusta es que hay pasos para introducir la bacteria dentro de la célula, en lugar de ¡Pow! está ahí y todo tiene que desarrollarse ahora. Probablemente sea una simplificación excesiva e injusta del modelo estándar, pero el modelo de adentro hacia afuera tiene sentido ya que cada paso en el camino parece usar material que ya tiene o otorgar una pequeña ventaja para sobrevivir por sí mismo.

Si bien el evento sucedió sin ser visto hace miles de millones de años, Baum y Baum tienen algunas ideas sobre cómo pueden probar la idea. Los datos genéticos podrían ayudar a indicar que un modelo de adentro hacia afuera es más probable que el modelo estándar. Su modelo predice que algunas partes de la célula se desarrollaron en el orden opuesto al modelo estándar, aunque admito que no entiendo los detalles de cómo “Los coatómeros similares a COPII se derivan de componentes estructurales del poro nuclear, y no al revés”. Sin embargo, puedo ver una lista de predicciones claras que Baum y Baum están haciendo que alguien puede probar, incluso si claramente no soy yo.

Los datos fósiles serían buenos, pero muy poco probables, pero hay otra predicción. Si los procariotas pueden obtener una ventaja al desarrollar ampollas para interactuar con las bacterias, entonces debería ser posible ver algunos procariotas en la naturaleza que se parecen al primer eucariota antes de engullir a su pareja.

Lo mejor de todo es que es un documento muy positivo. Baum y Baum no están simplemente diciendo que todos los demás están equivocados, sino que están proponiendo nuevos temas para investigar y nuevas cosas para estudiar, nuevas formas de ver los problemas. Incluso si resulta que están equivocados, podrían estarlo de una manera realmente interesante y útil.

Puede recoger el documento a través de Open Access de BMC Biology.

Baum DA y Baum B. (2014). Un origen de adentro hacia afuera para la célula eucariota,

BMC Biología, 12

(1) 76. DOI: http://dx.doi.org/10.1186/s12915-014-0076-2