Las formas de vida complejas que incluyen hongos, plantas y animales se conocen como eucariotas. Estos organismos están compuestos por células que contienen compartimientos internos, como núcleos y otros orgánulos, unidos por una membrana.

Pero la forma en que surgió la primera célula eucariota, lo que se considera uno de los grandes saltos de la vida, sigue siendo tema de debate en la comunidad científica.

Un camino a seguir

Se cree que los eucariotas surgieron cuando dos tipos de células individuales se fusionaron, y una envolvió a la otra. Se propone que una célula del dominio de las arqueas, grupo de microorganismos unicelulares de morfología procariota (sin núcleo), engulló a una célula bacteriana de un tipo conocido como alfaproteobacteria, y la bacteria engullida se convirtió en los orgánulos generadores de energía que distingue a las células eucariotas: las mitocondrias.

Sin embargo, la naturaleza de la célula ancestral que envolvió esta bacteria no está clara. Los análisis genómicos han fortalecido la idea de que esta célula se remonta a las arqueas porque muchos genes arqueológicos involucrados en procesos biológicos centrales como la transcripción, la traducción y la replicación del ADN comparten una ascendencia común con los genes eucariotas correspondientes, es decir, están relacionados filogenéticamente.

La forma en que surgió la primera célula eucariota, lo que se considera uno de los grandes saltos de la vida, sigue sin ser esclarecida.

Una de las preguntas fundamentales de este proceso es si la alfaproteobactera fue engullida por una célula arqueal fidedigna o por una célula arqueal que ya había adquirido algunas características eucariotas, como un núcleo.

Hasta la fecha no se han encontrado fósiles que puedan arrojar luz sobre los primeros antepasados ​​eucariotas. Sin embargo, la investigación de linajes arqueales ha ofrecido un camino a seguir.

Desde el año 2015, sobre la base de los análisis genómicos y filogenéticos, las arqueas de un filo recientemente descubierto llamado Lokiarchaeota (en honor al dios nórdico Loki) se han propuesto como los parientes vivos más cercanos de las antiguas células huésped arquéales de las cuales se cree que evolucionaron los eucariotas.

La investigación genómica posterior reveló aún más de tales linajes, para los cuales otros dioses nórdicos han proporcionado nombres (Thor, Odin, Heimdall y Hel), y que ahora se agrupan junto con Lokiarchaeota en lo que colectivamente se denominan arqueas de Asgard.

Curiosamente, todos estos linajes contienen un número sin precedentes de genes que codifican las llamadas proteínas de firma eucariotas (ESP), que generalmente se encuentran solo en eucariotas.

Transición celular clave

Actualmente el pariente arqueal más cercano de las eucariotas es Heimdallarchaeota. Sin embargo, todos los miembros de las arqueas Asgard fueron identificados previamente, y su metabolismo fue predicho únicamente por sus secuencias de ADN, por lo tanto sus características celulares han permanecido desconocidas hasta ahora.

En este sentido, un equipo de investigadores japoneses informó que ha cultivado un miembro Asgard del filo Lokiarchaeota que proponen llamar Prometheoarchaeum syntrophicum, que se obtuvo de los sedimentos de las profundidades oceánicas.

La forma y el metabolismo inusuales de Prometheoarchaeum incitan a los autores a proponer un nuevo modelo para la aparición de la primera célula eucariota. Este evento, que se piensa ocurrió entre 2.000 y 1.800 millones de años, es una de las transiciones celulares clave en la biología evolutiva y un misterio biológico importante.

Las formas de vida complejas están compuestos por células que contienen compartimientos internos, como núcleos y otros orgánulos, unidos por una membrana.

Las células de Prometheoarchaeum son relativamente pequeñas, de 300 a 750 nanómetros de diámetro, tienen lípidos característicos de otras arqueas y no muestran evidencia de orgánulos similares a eucariotas. Sin embargo, el organismo forma estructuras intrigantes en su superficie celular que incluyen protuberancias largas y con frecuencia ramificadas.

Un nuevo modelo

Sobre la base de su forma celular y tamaño pequeño, y según la evidencia de que Prometheoarchaeum produce y transfiere sincróficamente moléculas de hidrógeno y formiato a otros organismos, los autores proponen un nuevo modelo para la aparición de células eucariotas, uno que involucra a tres participantes.

En este modelo, un ancestro bacteriano de vida libre que daría lugar a las mitocondrias se enredó con, y luego fue engullido por, una célula huésped arqueal que estaba en una relación sintrófica con un compañero bacteriano.

Este modelo es consistente con las sugerencias anteriores sobre el proceso de inmersión en la evolución eucariota, y enfatiza la importancia de los procesos mediados por membrana en el origen de los eucariotas.

El cultivo exitoso de Prometheoarchaeum representa un gran avance para la microbiología. Establece el escenario para el uso de técnicas moleculares y de imagen para dilucidar aún más el metabolismo de Prometheoarchaeum y el papel de los ESP en la biología de las células arqueas. Esto, a su vez, podría guiar la dirección del trabajo futuro para investigar cómo surgieron las células eucariotas.

Referencia: Isolation of an archaeon at the prokaryote–eukaryote interface. Nature, 2020. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1916-6