Ya no se pueden descubrir nuevos continentes y hallar un elemento químico más es una tarea titánica, pero las ciencias que estudian directamente la naturaleza, biología y geología, están dando unas sorpresas que sacuden profundamente nuestra forma de pensar sobre la historia de la vida en la tierra.
De lo cual podemos sacar tres consecuencias, la primera es que si alguien se encasilla en el panorama mental que se describió hace varias décadas, no podrá comprender bien los nuevos descubrimientos y modelos. La segunda, que estas ciencias también producen muchas jaquecas en forma de estudios que se contradicen mutuamente y entre los que hay que saber buscar reservando mucho lugar para el pensamiento crítico. La tercera es que las premisas de las que parten un montón de estudios actuales pueden estar en debate en ese mismo momento.
Y todo esto cuando hablamos de ciencia y de estudios hechos con rigor cuya honestidad no discuto; porque cuando entramos en el campo de la antropología y psicología evolutiva la inflación de ideas felices disfrazadas de estudios es alarmante, pero en esto entraré en otros posts.
Resúmen para android
Volviendo
a la ciencia hecha con seriedad, un buen ejemplo es cómo ha cambiado la
percepción del orígen de la célula eucariota, y el papel de la
mitocondria en su metabolismo.
Las células
eucariotas, y todos los organismos compuestos por las mismas, comenzaron su
historia en el oceano hace más de 1.400 millones de años. Hasta hace una década se pensó que habían nacido como aerobias, hoy se sabe que no.
Marek Mentel y William Martin son coautores de un paper muy interesante publicado en 2008, en el que describen diferentes mecanismos
metabólicos en eucariotes anaeróbicos.
Posteriormente
en 2010 se descubrieron unos invertebrados muyinteresantes que viven en
un entorno totalmente anaerobio. Tres especies de loricíferos, unos
animalejos diminutos que por su aspecto me han recordado a las pulgas de
agua, que habitan los lodos de una especie de piscina de aguas
sulfídricas e hipersalinas situadas en la fosa de l'Atlante, a 2,5
kilómetros de profundidad bajo el Mediterráneo. A pesar de que queda
mucho por conocer sobre estos loricíferos parece probado que tienen un tipo especial de
mitocondrias en sus células, los hidrogenosomas, que respiran
anaeróbicamente. Estas mitocondrias también aparecen en numerosos
organismos eucariotas que están desperdigados entre muy distintos filos,
lo cual viene a reforzar una vez más la idea de la anaerobiosis como
una condición muy antigua de los eucariotas.
Además
en 2012 Mentel y otros publicaron un análisis filogenético del metabolismo anaeróbico en eucariotes en el que se evidenció que es
precísamente la anaerobiosis lo que surgió una vez en los organismos
analizados. Los genes para el metabolismo anaerobio se perdieron en los
diferentes linajes que se hicieron aerobios. La
respiración aeróbica habría surgido varias veces en la evolución de los
eucariotas pero la anaerobia era basal.
Se asumió que las mitocondrias sólo ejercían funciones ligadas a la respiración aeróbica en la células eucarióticas
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| Así de guapas dibujan a las células ecucariotas y procariotas en esta wiki.
Han salido las dos muy idealizadas, y el tamaño comparativo no es
enabsolutorealista, pero aquí hemos venido a hablar de esa cosa que
llaman mitochondrion en la eucariota. |
La teoría de la endosimbiosis seriada,
que está casi universalmente admitida hoy en día (según la wikipedia
algunos científicos mantienen otras hipótesis aún) tuvo unos inicios muy
difíciles y se plantearon numerosas objecciones a la misma.
No me entendais mal, el asunto no es el rigor científico de la teoría ni los estudios hechos para discutirla sino que en la descripción del orígen de la célula eucariótica se dieron por hecho dos supuestos de partida; y que muchos creen que estos datos asumidos están demostrados por la propia teoría. Durante
mucho tiempo se asumió que las mitocondrias sólo realizaban funciones ligadas a la respiración aeróbica. Dado que las mitoncondrias, en esta visión, sólo "servían" para el oxígeno, se pensó que los numerosos eucariotas anaerobios que existen en la actualidad carecían de ellas, y representaban estadios muy primitivos de la evolución de este tipo de células, es decir que primero fue la célula nucleada, y después vino la mitocondria.
La adquisición de estos orgánulos se tiene, incluso hoy en día, como el factor clave para explicar el éxito evolutivo de nuestras células eucarióticas, que además alcanzaron, supuestamente, un nivel de complejidad mucho mayor que los procariotas, dado que sólo las eucariotas forman organismos multicelulares.
¿Mitocondrias anaerobias?...Pues sí. Los eucariotes anaerobios en realidad sí tienen mitocondrias, y estas mitocondrias son esenciales para realizar su respiración anaerobia.
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| Esquema de los seis supergrupos de eucariotas. (a)
Según la clasificación actual los anaerobios están presentes en los
seis "supergrupos" de eucariotes "superiores", en relación a (b) el modelo actual de oxigenación de los oceanos. La línea de puntos entre (a) y (b)
relaciona los grupos más antiguos y su diversificación con el periodo
de acumulación en los oceanos.. La especialización a vidas aeróbicas y
anaeróbicas desde un antecesor ancestral que fue anaerobio facultativo (Martin & Müller 1998)
se correspondecon el fin de la etapa de oceanos anóxicos y sulfídricos del Proterozoico. |
El desafío
es el mismo para todos los seres vivos: la energía. Las células tienen que
establecer un circuito de electrones para generar las valiosísimas moléculas
donde almacenar esta energía, principalmente ATP, a partir de los nutrientes
que obtienen bien por si mismas en organismos unicelulares, bien a través del
conglomerado mayor que llamamos organismo complejo en seres pluricelulares.
Pero también tienen que hallar la forma de liberarse de los desechos de este
circuíto, los electrones, usando elementos químicos que sean fáciles de
conseguir y que estén ansiosos por conseguir esos electrones. Es este flujo de
electrones lo que da potencia a los organismos, sean del tamaño y la
complejidad que sean.
En el paper de Marek y Mentel se analizan las rutas metabólicas de diversos eucariotes multicelulares anaerobios (los autores, con mucha socarronería, recuerdan a los lectores -incluídos los científicos- que sí que existen), explicando que todos tienen mitocondrias, y que para concluir que en la mayor parte de los casos estas mitocondrias son claves en la obtención de ATP.
A
pesar de que los hidrogenosomas se conocen desde 1973, no fue hasta
finales de los 90 que se aceptó que son formas anaerobias de
mitocondrias. Más tarde, el descubrimiento de los mitosomas en aquellos
linajes que no tenían ni las mitocondrias clásicas ni hidrogenosomas,
con lo que el orígen de las mitocondrias se llevó tan atrás como
cualquier otro carácter que separa eucariotes de procariotes.
En 2005 se reclasificó a los eucariotes con la intención de dar una idea más ajustada de la variedad de este grupo (ver adl y otros, 2005, y la revisión de 2012). A consecuencia de esta reclasificación los eucariotes anaerobios aparecen en todos los linajes de los eucariotas, lo que da una idea de la importancia y antigüedad de la anaerobiosis para todos los individuos eucarióticos, incluso entre los animales. Marek y Mentel examinan con detalle las rutas metabólicas de varios animales anaeróbicos conocidos en 2008, ya que el grupo de los animales se considera que divergió tardíamente del tronco común eucariota, y ayuda a ver la anerobiosis como algo común, no excepcional.
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| La Geukensia demissa
habita lodos con altas concentraciones de sulfídrico. Al ser un animal
facultativamente anaerobio, su metabolismo no rompe tantos moldes como
el de los loricíferos anaerobios. |
Hay otra razón muy poderosa para buscar animales anaerobios, y es el prejuicio zoocentrista.
El Gran Evento de Oxigenación; los oceanos se oxigenaron casi dos mil millones de años después que la atmósfera
La Tierra primitiva carecía de oxígeno libre, o para decirlo
con mayor precisión apenas contenía trazas de esta molécula, ya que esta
comenzó a acumularse como producto de la acción de las bacterias fotosintéticas
oxigénicas, aproximadamente 2.300 millones de años atrás,en lo que se conoce
como Gran Evento de Oxigenación (GOE por sus siglas en inglés) o Gran
Oxidación, evidenciada -simplificando muchísimo las cosas- por la desaparición de ciertos minerales de Uranio y los
depósitos de hierro oxidado en los continentes que se produjeron en esa época.
Las células
eucariotas, y todos los organismos con células eucariotas compuestos por las mismas, comenzaron su
historia en el oceano, hace más de 1.400 millones de años, mientras que las bacterias
han existido desde hace más (probablemente mucho más ) de 3.800
millones de años.
Por las fechas está
claro que las bacterias surgieron en un entorno anóxico, pero que lo que
le
ocurrió a la célula eucariótica es más difícil de deducir, y depende
mucho del
modelo teórico de oxigenación de la atmósfera y océanos que se maneje.
Recordemos que las células eucariotas son las que tienen núcleo y
diversos orgánulos separados por sus propias membranas. Aquí vamos a
fijarnos en las mitondrias.
Y es que la visión de este impresionante cambio
geoquímico en nuestro planeta, el GOE, ha cambiado dramáticamente desde los años
setenta, cuando se describió por primera vez, hasta nuestro presente.
En los años
setenta se pensó que esta Oxigenación ocurrió en una sola fase, los oceanos pasaron de anóxicos a oxigenados
en una estrechísima franja temporal, menos de 100 millones de años, al mismo
tiempo que la atmósfera (Kasting 1993). Es decir que los oceanos habrían
tenido oxígeno durante los últimos 2.000 millones de años. Esta idea de la
Oxigencación en una fase ha sido muy popular tanto entre académicos como en
público interesado, debido a su dramatismo, y es el horizonte mental que han
tenido la mayor parte de los biólogos actaulamente.
Desde mediados de los noventa los geoquímicos han acumulado numerosas evidencias de que la subida de oxígeno en la atmósfera precedió a la oxigenación de los oceanos encercade
mil setecientos millones de años. El incremento de oxígeno atmosférico causó la oxidación de los depósitos de sulfídrico la corteza terrestre a sulfúrico, que se vertían al oceano.
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| En 2007 un vertido de sulfuro de hidrógeno tiñió de verde las aguas de la costa de Namibia. A las condiciones que provocó ya se las conoce como "oceanos de Canfield" |
La hipótesis más admitida es el modelo de Canfield, en 1998. En el oceano las bacterias reductoras de
sulfatos los transformaron en sulfídrico -el compuesto que da olor a los huevos podridos-
que se combinaron con el hierro disuelto para formar compuestos sólidos
como la pirita que caían al fondo del oceano; pero el proceso era lento
y había un montón de partículas libres de sulfídrico que no
precipitaban.
Durante lasegunda fase, mucho más larga, (el billón aburrido, recordemos) se
generó sufienciente oxígeno para barrer el tóxico sulfídrico de los
fondos oceánicos.
Por supuesto tenemos que entender que es un modelo generalista, y que las condiciones no fueron uniformes ni en la atmósfera ni en los oceanos durante todo este periodo de tiempo. Sin embargo es vital comprender que los oceanos disponían de mucho menos oxígeno y mucho más ambientes cargados de sulfídrico que hoy en día, y que en esas condiciones que hoy consideramos infernales y propias de ambientes extremo, evolucionó la célula eucariótica.
La foto mental era de unos oceanos con oxígeno, y unas células
eucarióticas evolucionando en los mismos con sus mitocondrias encargadas
de la respiración aeróbica. Los eucariotes anaerobios eran seres
marginales que sólo encajaban en esta situación si carecían de
mitocondrias, que sólo servían para respirar oxígeno. Las mitocondrias
anaerobias no tenían sentido en este modelo, simplemente no se figuraban
que podían existir seres anaerobios con mitocondrias que para colmo
participaran en el metabolismo energético de sus células.
Los animales anaerobios facultativos tan solo eran adaptaciones muy posteriores a hábitats extremos.
Esta
visión es el punto de partida, citado o no, de muchos estudios acerca
de la importancia evolutiva de los eucariotes anaerobio.
O bien
los anaerobios eucarióticos son una curiosidad difícil de interpretar, o
la visión tradicional del orígen de los anerobios y sus mitocondrias no
están bien explicados. Es justo admitir que los aerobios estrictos como nosotros somos el bicho raro en la larga historia de la evolución de la vida. Nada en la evolución de los anaerobios eucariotas tiene sentido sin entender la química de los
oceanos del Proterozoico.
Me permito apartarme un momento del asunto de este post para comentar que llegué a este paper investigando sobre la veracidad de una supuesta extinción masiva de organismos anaerobios a comienzos del proterozoico tardío provocada por el Gran Evento de Oxigenación (GOE por sus siglas en inglés). El asunto es que en ocasiones aprendes mucho más leyendo la discusión que la misma wikipedia, y en esta sección leí como Philcha se preguntaba cuál fue exactamente la catástrofe (el GOE es conocido también como la Catástrofe del Oxígeno por muchos anglohablante y se les enseña en las aulas, y en numerosos programas que la oxigenación provocó una extinción masiva). Philcha fue el que me llevó a este paper, me llamó la atención lo bien seleccionado que estaba y como supo ver, como lector, su importancia. Philcha tiene su propia entrada de wiki, pero lamentablemente al visitarla me enteré de que falleció en 2011. Así que en este post aprovecho también para celebrar que haya tantas personas inquietas que buscan entender tantas cosas, y recordar a Philcha.
Más evidencias, estudios filogenéticos
En 2012 Mentel y otros publicaron un análisis filogenético del metabolismo anaeróbico en eucariotes en el que se evidenció que es
precísamente la anaerobiosis lo que surgió una vez en los organismos
analizados.
Cuatro décadas de investigaciones en anaerobios eucariotas han
descubierto el mismo conjunto básico de genes y enzimas para el
metabolismo de energía anaeróbica entre todos los principales linajes
muestreados. Esto
contrasta con lo que uno podría haber esperado en 1973, cuando la
investigación de un nuevo linaje anaeróbico descubrió no sólo nuevas
enzimas, sino también un nuevo organelo.
Lo
que ha surgido es una imagen de la unidad en el metabolismo de la
energía anaeróbica eucariótica en todos los principales linajes, lo que
indica en términos sencillos un único origen y una ascendencia común de
los genes subyacentes, remontándose al ancestro común eucariota. Los
genes correspondientes al metabolismo energético anaeróbico se
perdieron en aquellos linajes que se especializaron en los nichos
ecológicos oxícos y en el estilo de vida aeróbico o que sufrieron una
evolución reductiva hacia el parasitismo, como en el caso de los
microsporidios.
Por
mucho tiempo parecía desconcertante que el mismo conjunto básico de
genes para el metabolismo de la energía anaeróbica podría haber sido
retenida de los orígenes eucariotas hasta el presente en los linajes
eucariotas independientes. Sin
embargo, la oxigenación tardía de los ambientes marinos hace poco más
de 580 Maexplica fácilmente por qué
los miembros de todos los principales linajes eucariotas deberían haber
conservado los genes relacionados con el estilo de vida anaeróbico: El
estilo de vida estrictamente aeróbico (el nuestro) es el que llegó
tarde en el escenario de la especialización ecológica eucariótica.
El reto final para nuestra mente zoocentrista. Encontrar un animal totalmente anaeróbico. Prueba superada (aparentemente)
En 2010 Roberto Danovaro describió tres nuevas especies de loricíferos,
dimintos animales marinos,que viven en un entorno totalmente anóxico.
Este descubrimiento ha provocado una enorme conmoción entre los
expertos, porque hasta ahora se suponía que no había animales totalmente
anaerobios. También ha provocado excepticismo y estudios que refutan
las conclusiones de Danovaro. Sin embargo un nuevo estudio de 2016 viene
a concluir lo mismo que ya dijo en 2010.
Son anaeróbicos, totalmente.
Eureka, por fin los hemos encontrado. Pero deberíamos pensar por qué siempre necesitamos convencernos de cualquier idea relativa a la evolución encontrando animales que la cumplan.
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