23.1C: Endosimbiosis y evolución de eucariotas

Los eucariotas pueden haber sido producto de una célula envolviendo a otra y evolucionando con el tiempo hasta que las células separadas se convirtieron en un solo organismo.

Objetivos de aprendizaje

• Describir el concepto general de endosimbiosis y la evolución de los eucariotas

Puntos Clave

• La endosimbiosis es el concepto de que una célula envuelve a otra y ambas células se benefician de la relación.
• La endosimbiosis se consideró originalmente después de la observación de la similitud entre cloroplastos vegetales y cianobacterias de vida libre.
• Los peroxisomas pueden haber sido los primeros endosimbiontes, causados por la creciente cantidad de oxígeno atmosférico en ese momento geológico.
• Con el tiempo, los endosimbiontes pueden haber transferido parte de su ADN al núcleo del huésped, convirtiéndose así en dependientes del huésped para su supervivencia y completando la integración completa en un solo organismo.

Términos Clave

• cianobacterias: microorganismos procariotas fotosintéticos, del filo Cianobacterias, antes conocidas como algas verdeazuladas
• peroxisoma: un orgánulo eucariota que es la fuente de las enzimas que catalizan la producción y descomposición del peróxido de hidrógeno y son responsables de la oxidación de los ácidos grasos de cadena larga
• endosimbionte: un organismo que vive dentro del cuerpo o células de otro organismo

Endosimbiosis y la evolución de los eucariotas

Para comprender completamente los organismos eucariotas, es necesario entender que todos los eucariotas existentes son descendientes de un organismo quimérico que era un compuesto de una célula hospedadora y la (s) célula (s) de una alfa-proteobacteria que “tomó residencia” dentro del huésped. Este tema principal en el origen de los eucariotas se conoce como endosimbiosis, donde una célula envuelve a otra de tal manera que la célula engullida sobrevive y ambas células se benefician. A lo largo de muchas generaciones, una relación simbiótica puede dar como resultado dos organismos que dependen el uno del otro tan completamente que ninguno podría sobrevivir por sí solo. Los eventos endosimbióticos probablemente contribuyeron al origen del último ancestro común (ACV) de los eucariotas actuales.

Figura\(\PageIndex{1}\): Endosimbiosis: Las células eucariotas modernas evolucionaron a partir de células más primitivas que envolvieron bacterias con propiedades útiles, como la producción de energía. Combinados, los organismos que alguna vez fueron independientes florecieron y evolucionaron hasta convertirse en un solo organismo.

Teoría Endosimbiótica

La teoría endosimbiótica fue articulada por primera vez por el botánico ruso Konstantin Mereschkowski en 1905. Mereschkowski estaba familiarizado con el trabajo del botánico Andreas Schimper, quien había observado en 1883 que la división de cloroplastos en plantas verdes se parecía mucho a la de las cianobacterias de vida libre. Schimper había propuesto tentativamente que las plantas verdes surgieron de una unión simbiótica de dos organismos. Ivan Wallin extendió la idea de un origen endosimbiótico a las mitocondrias en la década de 1920. Estas teorías fueron inicialmente descartadas o ignoradas. Comparaciones más detalladas de microscopía electrónica entre cianobacterias y cloroplastos combinadas con el descubrimiento de que los plastidios (orgánulos asociados a la fotosíntesis) y las mitocondrias contienen su propio ADN llevaron a una resurrección de la idea en la década de 1960. La teoría endosimbiótica fue avanzada y corroborada con evidencia microbiológica por Lynn Margulis en 1967.

Figura\(\PageIndex{1}\): Cloroplastos en plantas: Un eucariota con mitocondrias envolvió una cianobacteria en un evento de endosimbiosis primaria serial, creando un linaje de células con ambos orgánulos. Estas cianobacterias se han convertido en cloroplastos en las células vegetales modernas. El endosimbionte cianobacteriano ya tenía una doble membrana.

En 1981 argumentó que las células eucariotas se originaron como comunidades de entidades interactuantes, incluyendo espiroquetas endosimbióticas que se desarrollaron en flagelos y cilios eucariotas. Esta última idea no ha recibido mucha aceptación porque los flagelos carecen de ADN y no muestran similitudes ultraestructurales con bacterias o arqueas. Según Margulis y Dorion Sagan, “La vida no se apoderó del globo por combate, sino por redes” (es decir, por cooperación). También se ha considerado la posibilidad de que los orgánulos del peroxisoma puedan tener un origen endosimbiótico, aunque carecen de ADN. Christian de Duve propuso que podrían haber sido los primeros endosimbiontes, permitiendo a las células soportar cantidades crecientes de oxígeno molecular libre en la atmósfera terrestre. No obstante, ahora parece que pueden formarse de novo, contradiciendo la idea de que tienen un origen simbiótico.

Se cree que durante milenios estos endosimbiontes transfirieron parte de su propio ADN al núcleo de la célula hospedadora durante la transición evolutiva de una comunidad simbiótica a una célula eucariota instituida (llamada “endosimbiosis serial”). Se piensa que esta hipótesis es posible porque hoy se sabe a partir de la observación científica que la transferencia de ADN ocurre entre especies de bacterias, aunque no estén estrechamente relacionadas. Las bacterias pueden tomar ADN de su entorno y tener una capacidad limitada para incorporarlo a su propio genoma.