La endosimbiosis: El legado de Lynn Margulis

La entrada de hoy estaba planeada para hablar sobre la anatomía de los genomas procariontes, pero dado al triste y reciente fallecimiento de la Dra. Lynn Margulis he decidido dedicar esta entrada a ella y su obra… bueno, más que nada a su obra y el maravilloso legado que nos ha dejado a todos los biólogos del mundo, tanto investigadores como estudiantes. Realmente no escribiré una biografía. En primer lugar porque creo que hay cosas mucho más importantes respecto a ella que dónde nació o dónde estudió la primaria. En segundo porque si me pusiera a hacer un listado de todos sus estudios y premios recibidos a lo largo de su carrera científica nunca acabaría.

Lynn Margulis.

Lo primero que tienen que saber de Lynn Margulis es que era bióloga evolucionista, y que se le conoce mundialmente por su extraordinaria teoría de la endosimbiosis y por la controversial teoría de la simbiogénesis. Lo segundo es que era fan de la simbiosis, que es un tipo de interacción entre dos organismos de diferente especie en que ambos resultan beneficiados.

La teoría de la endosimbiosis describe el surgimiento de las células eucariontes a partir de organismos procariontes ¿así o más ambiciosa?

Si recuerdan un poco sus cursos de biología, los organismos procariontes son aquellos que no poseen un núcleo definido ni organelos vesiculares; el único lugar donde tienen membrana es alrededor de la célula, a excepción de las cianobacterias. Ejemplos de organismos procariontes son todas las bacterias, como las que viven en nuestros intestinos o las que producen enfermedades; y las arqueas, que viven en lugares poco comunes (¿recuerdan a los microbios intrépidos que viven en zonas que para nosotros serían muy peligrosas de los que les hablé en mi primera entrada?). Los procariontes tienen su material genético comprimido en un espacio de su célula llamado nucleoide, pero no está separado del citoplasma, es decir, el resto del contenido celular; además, todos sus procesos metabólicos, como la respiración o la fermentación, dependiendo del caso, son llevados a cabo en el mismo citoplasma.

Si estás leyendo esto eres sin lugar a dudas un eucarionte. Los eucariontes somos los organismos que en nuestras células tenemos un núcleo definido por una doble membrana y organelos también delimitados por membrana, como las mitocondrias o los cloroplastos, dependiendo del caso. Podemos ser desde multicelulares como nosotros o unicelulares como las amibas. Nuestra información genética está contenida dentro de los núcleos, mientras que los procesos metabólicos los hacemos en los organelos: los animales y casi todos los eucariontes respiramos en las mitocondrias, mientras que las plantas y algas además realizan la fotosíntesis en los cloroplastos.

Esquema de una célula procarionte (a) y una eucarionte (b). Brock et al (2007)

La alocada pero genial idea de Lynn Margulis es que los organelos membranosos de los eucariontes surgieron a partir de procariontes en una historia parecida a esta:

Un procarionte depredador que no realizaba respiración celular un día fagocitó (es decir, se comió, en el lenguaje de las células) a un procarionte más chico que sí respiraba. Sin embargo, una vez que lo tuvo dentro de su célula, en lugar de digerirlo lo dejó vivo por cuestiones que aún se desconocen, pero pueden haber sido fallas en su metabolismo. De este modo, tuvieron una convivencia que benefició a ambos, pues mientras el procarionte depredador protegía al más chico, el segundo respiraba y le otorgaba los beneficios de este tipo de metabolismo: así habría surgido la primera mitocondria dentro de una célula por simbiosis.

De un modo similar, un procarionte fotosintético habría sido engullido por un procarionte más grande (que al parecer ya tenía mitocondrias), y en lugar de ser digerido, se conservó dentro de la célula, dando lugar a los cloroplastos.

Esta teoría puede sonar un tanto extraña y fantasiosa quizás. ¡Bacterias que son devoradas por otras para dar origen a los organelos eucariontes! Bueno, en un principio la recepción del mundo científico fue muy escéptica, pero las pruebas no faltaron en presentarse. A continuación les mencionaré unas cuantas razones para creer que la endosimbiosis fue un proceso que en verdad sucedió:

• La estructura de las mitocondrias coincide con las de bacterias respiratorias actuales. Es decir, las bacterias que respiran realizan la respiración celular con unas proteínas especializadas de su membrana plasmática, es decir, la externa, que es la única membrana que tienen en su célula; y si analizamos la anatomía de una mitocondria, podemos observar que consta de dos membranas: una externa y una interna, y es la interna la que realiza las reacciones de respiración, por lo tanto, podríamos decir que la membrana interna corresponde a la membrana plasmática del procarionte respirador y la membrana externa correspondería al fagosoma con que el procarionte depredador engulló al primero. El siguiente esquema permitirá entender esto un poco mejor.

En este esquema se compara el proceso de fagocitosis (fragmento de Lodish et al 2008) con la mitocondria eucarionte. Se puede apreciar cómo la membrana plasmática de la bacteria coincide con la membrana interna de la mitocondria y el fagosoma coincide con la membrana externa.

• Del mismo modo, el cloroplasto coincide con un grupo de bacterias llamadas “cienobacterias”. Estos organismos tienen la membrana plasmática que rodea sus células y una membrana interna grande en la que tienen la maquinaria fotosintética llamada “lamela”. Si observamos el cloroplasto, vemos que tiene tres membranas: una externa que coincide con el fagosoma, una intermedia que coincide con la membrana plasmática de las cianobacterias, y una interna fotosintética, que coincide con las lamelas de las cianobacterias.
• Tanto mitocondrias como cloroplastos tienen un pequeño cromosoma circular muy parecido al de las bacterias y que contienen genes propios, independientes a los del núcleo de los eucariontes. Por si fuera poco, los análisis moleculares han descubierto gran coincidencia en las secuencias y genes de los mitocondrias y cloroplastos con los de las bacterias respiradoras y cianobacterias. respectivamente.
• Existe un grupo de algas microscópicas, llamadas “galucocistofitas”, cuyos cloroplastos tienen entre la membrana externa y la intermedia (entre fagosoma y membrana plasmática) un remanente de lo que parece ser una pared celular de la misma composición de la que tienen las cianobacterias afuera de su membrana plasmática.

Para concluir, quiero decirles que realmente me pesa mucho el fallecimiento de Lynn Margulis, pues hemos perdido a una de los grandes genios de la ciencia. Yo personalmente tenía muchas ganas de conocerla, lo cual no habría sido difícil, pues solía ir con frecuencia a dar conferencias en la UNAM. Respecto a su otra teoría, la evolución por simbiogénesis, he de admitir que no me fascina tanto como la endosimbiosis, pero hay algunos hechos que me ponen a pensar al respecto y no quiero definir aún mi postura referente a ese tema. Quizás en adelante haga una entrada de ello, pero aún no lo he planeado.

Pequeño homenaje a Lynn Margulis junto al busto de Charles Darwin en la Facultad de Ciencias de la UNAM.

Como curiosidad, Lynn fue esposa del astrónomo Carl Sagan.