6.13: Un escenario evolutivo para el origen de las células eucariotas
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Cuando pensamos en cómo surgió la vida, y cómo se veían los primeros organismos, nos estamos moviendo hacia un área donde los datos son fragmentarios y la especulación es desenfrenada. Estos son también, nos atrevemos a recordarles, eventos que ocurrieron hace miles de millones de años. Pero tales obstáculos no significan que no podamos sacar conclusiones interesantes, aunque especulativas; hay datos relevantes presentes en los datos genéticos de cada organismo (su genotipo), la estructura de sus células y sus interacciones ecológicas. Se trata de datos que pueden informar y limitar nuestras especulaciones.
Las células animales no tienen una pared celular rígida; su ausencia les permite ser depredadores activos, moviéndose rápidamente y envolviendo a su presa entera o en trozos macroscópicos mediante fagocitosis (ver arriba). Utilizan sistemas complejos “citoesqueléticos” y “citomusculares” para impulsar estos comportamientos termodinámicamente desfavorables (nuevamente, en gran parte más allá de nuestro alcance aquí). Los organismos con una pared celular rígida no pueden realizar tales funciones. Dado que las bacterias y las arqueas tienen paredes celulares, es posible que las paredes celulares estuvieran presentes en el organismo ancestral común. Pero esto nos lleva a pensar más analíticamente sobre la naturaleza de los primeros organismos y el camino de regreso al ancestro común. Una pared celular es una estructura compleja que habría tenido que construirse a través de procesos evolutivos antes de que fuera útil. Si asumimos que los organismos originales surgieron en un ambiente osmóticamente amigable, es decir, no desafiante, entonces se podría haber generado una pared celular en pasos, y una vez adecuada podría permitir que los organismos que la poseían invadieran nuevos ambientes (diluidos) osmóticamente desafiantes, como la mayoría ambientes hoy en día.
Por ejemplo, un escenario plausible es que los ancestros de la bacteria y las arqueas desarrollaron paredes celulares originalmente como una forma de protección contra la depredación. Entonces, ¿quiénes eran los depredadores? ¿Dónde están los progenitores de los eucariotas? Si es así, podríamos concluir que los organismos del linaje eucariota nunca tuvieron una pared celular, en lugar de que tuvieron una vez y posteriormente la perdieron. En este escenario, el desarrollo de paredes celulares eucariotas por hongos y plantas representa un ejemplo de evolución convergente y que estas estructuras son análogas (más que homólogas) a las paredes celulares de procariotas (bacterias y arqueas).
Pero ahora surge una complejidad, hay muchos organismos eucariotas, incluyendo microbios como la ameba, que viven en ambientes osmóticamente desafiantes. ¿Cómo manejan el movimiento del agua hacia sus celdas? Un enfoque es bombear activamente el agua que fluye hacia ellos de nuevo usando un orgánulo conocido como vacuola contráctil. El agua se acumula dentro de la vacuola contráctil, una estructura acotada por membrana dentro de la celda; a medida que el agua se acumula, la vacuola contráctil se infla. Para expulsar el agua, la vacuola se conecta con la membrana plasmática y es exprimida por la contracción de un sistema citomuscular. Esto arroja el agua fuera de la celda. El proceso de contracción de la vacuola es activo, implica trabajo y requiere energía. Se podría especular que como el sistema citomuscular estuvo originalmente involucrado en la depredación, es decir, permitiendo a la célula mover sus membranas, rodear y engullir a otros organismos (fagocitosis). La vacuola resultante se especializó para ayudar a matar y digerir a las presas envueltas. Cuando se completa la digestión, puede fusionarse con la membrana plasmática para descargar los desechos, utilizando ya sea un “sistema contráctil” pasivo o activo. Resulta que los sistemas moleculares involucrados en impulsar el movimiento activo de la membrana están relacionados con los sistemas involucrados en dividir la célula eucariota en dos durante la división celular; sistemas claramente diferentes a los utilizados procariotas 187. Entonces, ¿cuál vino primero, diferentes mecanismos de división celular, que llevaron a diferencias en el comportamiento de la membrana, con uno conduciendo a una membrana activa depredadora y el otro que condujo a una membrana pasiva, favoreciendo quizás la formación de una pared celular?