Nothing in biology makes sense except in the light of evolution

En español significa:

🐵🌴Nada tiene sentido en biología si no es a la luz de la evolución🐵🌴

Básicamente dice que si no entendemos los procesos evolutivos no vamos a comprender la biología. Además, existen relaciones entre organismos que a lo largo del tiempo van generando una mutua dependencia que los lleva a formar parte de un mismo organismo y constituir una nueva especie y en algunos casos, con el paso de un largo tiempo, un nuevo taxón. Es decir, evolucionan.

El mundo vivo está categóricamente dividido en dos: Procariotas y Eucariotas.

Lynn Margulis siempre explicó sus teorías basada en el conocimiento microbiológico. Las investigaciones realizadas sobre el mundo de los microbios le permitió adoptar una visión reduccionista pero potente sobre la diversificación biológica desde tiempos ancestrales. 

Muchos biólogos han dividido el mundo viviente en tres grupos: Archaebacteria, Eubacteria y Eukarya. Sin embargo, Margulis nos dice que las investigaciones filogenéticas muestran inequívocamente que los dos procariotas (archaebacteria y eubacteria) están mucho más relacionados entre sí que con cualquier eucariota.

Esta afirmación significa que es válido concluir que el mundo de los seres vivos (como unidades celulares) puede dividirse solo en dos categorías: el de las células no nucleadas (procariotas) y el de las células nucleadas (eucariotas).

Teoría Endosimbiótica de la Evolución

La célula, ya sea una bacteria sin sistema de membranas internas o una con núcleo y mitocondrias, es la unidad de todo lo que definimos vida. No existe un sistema de intercambio de materia y energía menos complejo que una célula viva. 

El origen de las células bacterianas es el origen de la vida en sí mismo y la TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA SERIAL (SET, por sus siglas en inglés Serial Endosymbiotic Theory) describe el origen de las células nucleadas mediante simbiogénesis.

La importancia de esta teoría radica en que las bacterias primitivas fueron fagocitadas por organismos unicelulares que no pudieron digerirlas. La selección natural favoreció la convivencia de estas células dentro de otras.  Esto puede explicarse debido a que esta azarosa relación presentó ventajas adaptativas que le permitieron sobrevivir en un ambiente cambiante. La figura 1 grafica los sucesos de simbiosis y simbiogénesis que dieron lugar a toda la biodiversidad existente. 

Figura 1. Esquema de la evolución de las especies desde el punto de vista de la Teoría Endosimbiótica de la Evolución.

Simbiosis, endosimbiosis y simbiogénesis

Para poder continuar, es necesario explicar que el concepto de simbiosis adoptado por la ecología difiere del término evolutivo de simbiogénesis.

La simbiosis se refiere a los organismos de diferentes especies que viven juntos, mientras que la endosimbiosis es un tipo de simbiosis en la que un organismo vive dentro de otro.

La simbiosis no es un proceso evolutivo per se, sino que hace referencia a una asociación fisiológica y temporal con destinos ambientales determinados.

La simbiogénesis, en cambio, implica la aparición de nuevos tejidos, nuevos órganos, fisiologías o cualquier otro rasgo nuevo que resulta de una prolongada asociación simbiótica. Estamos hablando entonces de una transformación de los organismos simbiontes en uno nuevo. Es decir, su supervivencia y selección como resultado de las novedades evolutivas resulta en nuevas especies que habitan un determinado ambiente.

Además, vale aclarar que hasta ahora vemos que cualquier cosa que expliquemos a la luz de la evolución debe implicar la variable tiempo, y no solo eso, debemos entender que hablamos siempre de mucho, mucho tiempo.

Los endosimbiontes ejemplares: Plástidos y Mitocondrias

Dos tipos de organelas eucariotas evolucionaron mediante simbiogénesis: los plástidos ylas mitocondrias.

Las proteobacterias heterotróficas que respiraban oxígeno (cianobacterias) fueron probablemente fagocitadas por protistas anaeróbicos móviles. Una vez seleccionadas las redundancias metabólicas y genéticas, la bacteria de vida libre engullida evolucionó a la organela que reconocemos como mitocondria.

No hay dudas que los protistas móviles primitivos comieron a estas cianobacterias pero fallaron en la digestión y eventualmente se transformaron en simbiontes. La retención de las cianobacterias no digeridas en aguas bien iluminadas llevó a al establecimiento de una unión permanente en la que, una vez más, la selección natural favoreció la reducción de las redundancias genéticas y metabólicas.

 

Las algas,  organismos eucariotas que llevaban organelas fotosintéticas en su citoplasma evolucionaron y parte de estas algas (actualmente seguimos viendo algas cuando vamos al mar) se transformaron en los ancestros de las plantas terrestres.

la selección natural no planea con anticipación; los plástidos no utilizados que fueron antes cianobacterias fueron severamente reducidos a medida que evolucionaron. En la figura 2 podemos ver un esquema simplificado de los eventos de incorporación de cloroplastos y mitocondrias. Las procariotas primitivas engulleron bacterias aerobias y fotosintetizadoras dando lugar a nuevas organelas. 

Figura 2. Esquema de los eventos de incorporación de bacterias que respiraban oxígeno y bacterias fotosintetizadoras.

 

¿Qué significa la redundancia genética y metabólica?

La selección por redundancia genética/metabólica hace referencia a que no es energéticamente favorable que un organismo  mantenga organismos enteros en funcionamiento dentro. No es necesario dos sistemas de digestión o dos maquinarias de traducción que produzcan las mismas proteínas, por mencionar algunos ejemplos.Es más viable que exista un solo órgano de respiración, un solo sistema de digestión o un único proceso de síntesis de membranas. 

Es por esto que al hablar de reducir,  el núcleo celular se encargará de mantener la mayoría de los genes que codifican para las proteínas que conforman ese tipo celular, mientras que aquellas que no se encuentran en su genoma, pueden ser conservadas por el simbionte. Así sucedió con las mitocondrias y también con los cloroplastos.

Es decir, estamo hablando de una economía de la naturaleza en favor de la supervivencia y la reproducción de los organismos. Lo favorable y novedoso se mantiene, lo redundante (ya sean genes o procesos metabólicos) se reduce.

¿Continúa existiendo la simbiosis?

Muchas veces cuando se habla de evolución, todo parece remontarse a tiempos pretéritos. Sin embargo, es cuestión de observar con ojo de biólogo el mundo natural actual para darnos cuenta que la evolución es un proceso en constante actividad.

La evolución funciona mediante las interacciones constantes de los organismos con su ambiente y claramente, la simbiosis es uno de esos procesos.

Finalmente, Lynn Margulis nos dice lo que todos los biólogos evolutivos concuerdan: No existe un eslabón perdido en nuestro hipotético escenario evolutivo de la compleja individualidad del grupo Eukarya. Cada evento puede verse en las bacterias actuales y el estudio de la genómica y la proteómica confirmará o refutará esta reconstrucción histórica de siombiogénesis. La biología organicista y el regitro fósil son indispensables para la reconstrucción evolutiva. 

Si te interesa conocer más sobre la obra de Lynn Margulis y la hipótesis GAIA visitá el siguiente post haciendo click acá.

Referencias del Artículo

1.Serial endosymbiotic theory (SET)and composite individuality, Lynn Margulis.