Lynn Margulis - Los inicios de la vida

Muchas pruebas de la historia de la evolución provienen de los estudios hechos sobre organismos extinguidos. Por suerte para quienes estudian la vida primitiva, las innovaciones con éxito se perpetúan; cuando surgen modelos del crecimiento y metabolismo que prosperan, suelen persistir. Las minúsculas bacterias actuales viven muy bien en nichos ecológicos tan diversos y tan antiguos como las costas rocosas, los suelos pantanosos, los lechos de los ríos o las fuentes termales. El estudio de los modelos de metabolismo, el intercambio de gases o el comportamiento de estas células ubicuas nos han ayudado a reunir las piezas que nos permitirán imaginar cómo eran sus antepasados más remotos.

DOS CLASES DE VIDA

Las células de los organismos visibles, como las plantas o los animales, son, en general, mayores que las células bacterianas. Y se diferencian también en otros aspectos fundamentales. Las células de los animales y de las plantas siempre tienen orgánulos, unos órganos minúsculos, intracelulares, que se diferencian claramente de los otros elementos que forman la célula. Uno de estos orgánulos, que comparten todas las células, es el núcleo. Separado del resto de la célula por una membrana, el núcleo es una bolsa que contiene el material genético, es decir, el ácido desoxirribonucleico (DNA), así como algunas moléculas de gran importancia formadas por cadenas de proteínas y el ácido ribonucleico (RNA). Por definición, cualquier célula que contenga el dna en un núcleo protegido por una membrana es un eucariota. El mundo de los seres vivos se puede dividir, sin ningún tipo de duda, en eucariotas y procariotas; éstos últimos son organismos formados por células que carecen de núcleo. Todas las formas de vida grandes y complejas están formadas por células eucariotas («con un verdadero núcleo»), mientras que las bacterias y los microorganismos en general están formados por células procariotas («prenucleadas») (figura 1.2).

La cromatina es un complejo de DNA y proteínas que casi siempre aparece dispersa en el núcleo celular; pero cuando una célula eucariota se prepara para dividirse, la cromatina se condensa, forma unos cuerpos cilíndricos que son los cromosomas, y desaparece el nucleolo, que es donde se produce el RNA ribosómico.

En los eucariotas, el retículo endoplasmático es una compleja red de membranas que se extiende por gran parte del citoplasma, la parte de la célula que rodea el núcleo. Esta red conecta la membrana nuclear con la membrana externa de los plastidios y las mitocondrias y está recubierta en gran parte por ribosomas, los cuerpos minúsculos que traducen las instrucciones genéticas del núcleo para fabricar proteínas específicas.

Figura 1.2 Células procariotas y eucariotas comparadas, como aparecerían vistas al microscopio electrónico. La mayoría de estos orgánulos y de otras estructuras se describen en los capítulos siguientes. No todas las células eucariotas presentan las mismas características; por ejemplo, las células animales y las de los hongos no tienen plastos, que están presentes en todos los eucariotas fotosintéticos. Sólo algunas células vegetales tienen undulipodios, que nunca están presentes en los hongos. (Dibujo de Christine Lyons).

En las células eucariotas, el DNA se presenta enrollado de manera compacta con proteínas y forman los cromosomas, unas estructuras cilíndricas alargadas visibles en el interior del núcleo en algunos momentos del ciclo celular. El DNA de las procariotas, en cambio, es generalmente una sola molécula larga y circular de DNA que flota libremente en el interior de la célula. También podemos encontrar unas moléculas de DNA de menor tamaño, llamadas plásmidos. Con pocas, pero importantes, excepciones, todas las células eucariotas contienen mitocondrias, unos orgánulos rodeados por una membrana, en cuyo interior el oxígeno es utilizado para «quemar» moléculas alimenticias que proporcionan la energía necesaria para la mayoría de las demás actividades celulares. Otros orgánulos que generan energía son los plastos, una unidad que contiene clorofila y está envuelta por una membrana protectora. Las células de las plantas verdes y de las algas verdes contienen al menos uno y, a menudo, centenares o incluso millones de plastos verdes: son los cloroplastos. En ellos se lleva a cabo la fotosíntesis, el proceso mediante el cual las células transforman la energía lumínica del sol en energía química. En los procariotas, la fotosíntesis se lleva a cabo en estructuras membranosas específicas, parecidas a orgánulos.

Una característica de las células eucariotas móviles es que tienen, en las membranas externas, unas estructuras ondulantes (los cilios) o, en menor cantidad, unas estructuras en forma de látigo (los flagelos eucariotas), que se conocen, en general, con el nombre de undulipodios. Tanto los cilios como los flagelos eucariotas están formados por haces de microtúbulos que se organizan según un modelo muy elaborado. El movimiento ondulante de estos flagelos celulares pueden mover el propio microorganismo o hacer que partículas y fluidos se desplacen junto a una célula inmóvil. En los procariotas, los órganos que hacen la misma función, llamados también flagelos, son mucho más pequeños y simples. Los flagelos bacterianos son unas estructuras externas y sólidas, en forma de cilindro o barra. Otros componentes exclusivos de las células eucariotas son los centriolos, unos cuerpos minúsculos como pequeños puntos, que también están formados por haces de microtúbulos cilíndricos organizados según un modelo muy elaborado. En las células animales los centriolos aparecen en los polos de la célula en el momento de la división. También hay las vacuolas, que son unos espacios limitados por membranas que regulan la circulación de los fluidos y la concentración de sales. Los lisosomas, que son unos paquetes minúsculos de productos químicos y se encargan de romper las partículas de alimento en el proceso de digestión celular, y el complejo o aparato de Golgi, formado por grupos de sacos membranosos aplanados que empaquetan y transportan productos hasta la membrana celular, son característicos de la mayoría de las células con núcleo. El aparato de Golgi es particularmente evidente en las células que producen caparazones duros, esqueletos o secreciones glandulares como los jugos digestivos.

Las primeras manifestaciones de la vida a la Tierra las protagonizaron sólo las células procariotas; los organismos constituidos por células eucariotas tardaron mucho tiempo en aparecer. Cuándo se produjo exactamente esta innovación evolutiva es un enigma que ha sido muy debatido. Las células eucariotas podrían tener más de 2.000 millones de años, pero es seguro de que no tienen menos de 600 millones de años, cuando algunos animales marinos y otros organismos grandes ya habían hallado refugio en las costas del planeta. ¿Cuándo aparecieron las células eucariotas? La secuencia de acontecimientos que unen a los antepasados procariotas con sus descendientes eucariotas es todavía motivo de grandes debates y ha generado muchas hipótesis que se investigan en la actualidad, de acuerdo con los intereses de cada laboratorio. Nosotros somos partidarios de la teoría que indica que ciertos orgánulos de las células eucariotas se originaron por simbiosis.

La simbiosis puede definirse como la convivencia íntima de dos o más organismos de diferentes especies, llamados simbiontes. Según la teoría simbiótica del origen de los eucariotas, algunos microorganismos que habían vivido de manera independiente se unieron, al principio por casualidad, como dos organismos que se fusionan, se integran y después continúan juntos por necesidad. Finalmente, organismos que eran independientes se convierten en orgánulos de un nuevo tipo de células. Esta misma secuencia de acontecimientos todavía se puede encontrar en muchas relaciones simbióticas entre formas modernas de vida. Hay organismos que viven dentro de otros, encima de ellos o a su lado. La simbiosis hereditaria, que obliga a los individuos que la integran a mantenerse juntos durante el ciclo vital, es sorprendentemente habitual.