5.21: Evolución eucariota

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¿Por qué este pez puede vivir en estos tentáculos, pero otros peces no?

Anémonas y Pez Payaso tienen una conocida relación simbiótica. En el océano, los Peces Payaso están protegidos de los peces depredadores por los tentáculos picantes de la anémona, y la anémona recibe protección de los peces devoradores de pólipos, que el Pez Payaso persigue. Pero, ¿qué pasa con las relaciones simbióticas a una escala mucho menor? ¿Es posible que dos organismos unicelulares tengan una relación simbiótica? Como te vas a enterar, ¡sí lo es!

Evolución de los Eucariotas

Nuestras propias células eucariotas protegen el ADN en cromosomas con membrana nuclear, producen ATP con mitocondrias, se mueven con flagelos (en el caso de los espermatozoides) y se alimentan de células que hacen nuestro alimento con cloroplastos. Todos los organismos multicelulares y los protistas unicelulares comparten esta complejidad celular. Las células bacterianas (procariotas) son órdenes de magnitud más pequeñas y no tienen nada de esta complejidad. ¿Qué salto cuántico en la evolución creó este vasto abismo de diferencia?

Las primeras células eucariotas -células con un núcleo y orgánulos internos unidos a la membrana- probablemente evolucionaron hace unos 2 mil millones de años. Esto se explica por la teoría endosimbiótica. Como se muestra en la figura a continuación, la endosimbiosis se produjo cuando las células grandes envolvieron células pequeñas. Las células pequeñas no fueron digeridas por las células grandes. En cambio, vivieron dentro de las células grandes y evolucionaron hasta convertirse en orgánulos.

Las células grandes y pequeñas formaron una relación simbiótica en la que ambas células se beneficiaron. Algunas de las celdas pequeñas pudieron descomponer los desechos de las celdas grandes para obtener energía. Suministraban energía no sólo a ellos mismos sino también a la célula grande. Se convirtieron en las mitocondrias de las células eucariotas. Otras celdas pequeñas pudieron usar la luz solar para hacer comida. Compartieron la comida con la célula grande. Se convirtieron en los cloroplastos de las células eucariotas.

Mitocondrias y cloroplastos

¿Cuál es la evidencia de esta vía evolutiva? La bioquímica y la microscopía electrónica brindan un soporte convincente. Las mitocondrias y cloroplastos dentro de nuestras células eucariotas comparten las siguientes características con las células procariotas:

Su ADN de orgánulo es corto y circular, y las secuencias de ADN no coinciden con las secuencias de ADN que se encuentran en el núcleo.
Las moléculas que componen las membranas organelares se asemejan a las de las membranas procariotas, y difieren de las de las membranas eucariotas.
Los ribosomas en estos orgánulos son similares a los de los ribosomas bacterianos, y diferentes de los ribosomas eucariotas.
La reproducción es por fisión binaria, no por mitosis.
Las vías y estructuras bioquímicas muestran una relación más estrecha con los procariotas.
Dos o más membranas rodean estos orgánulos.

La membrana celular “huésped” y la bioquímica son más similares a las de las Arquebacterias, por lo que los científicos creen que los eucariotas descendieron más directamente de ese grupo principal (Figura a continuación). El momento de este dramático evento evolutivo (más probablemente una serie de eventos) no está claro. El fósil más antiguo claramente relacionado con los eucariotas modernos es una alga roja que data de hace 1.2 mil millones de años. Sin embargo, muchos científicos colocan la aparición de células eucariotas en alrededor de 2 mil millones de años. En algún momento dentro del Eón Proterozoico, entonces, los tres grupos principales de la vida —Bacterias, Archaea y Eucariotas— quedaron bien establecidos.

¿Qué Significa Todo?

Las células eucariotas, posibilitadas por la endosimbiosis, fueron poderosas y eficientes. Esa potencia y eficiencia les dio el potencial de evolucionar nuevas características: multicelularidad, especialización celular y gran tamaño. Fueron la clave de la espectacular diversidad de animales, plantas y hongos que pueblan nuestro mundo hoy en día. Sin embargo, a medida que cerramos la historia de la vida temprana, reflexionamos una vez más sobre los patrones y procesos notables pero a menudo olvidados de la evolución temprana. A menudo, como humanos, enfocamos nuestra atención en plantas y animales, e ignoramos las bacterias. Nuestros sentidos humanos no pueden percibir directamente la inimaginable variedad de células individuales, la arquitectura de las moléculas orgánicas o la complejidad de las vías bioquímicas. Deja que tu estudio de la evolución temprana te dé una nueva perspectiva, una ventana a la belleza y diversidad de mundos invisibles, ahora y a lo largo de la historia de la Tierra. Además de las mitocondrias que llaman hogar a tus 100 billones de células, tu cuerpo contiene más células bacterianas que células humanas. Tú, las mitocondrias y tus bacterias residentes comparten ascendencia común, una historia continua del don de la vida.

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Resumen

Las células eucariotas probablemente evolucionaron hace unos 2 mil millones de años. Su evolución se explica por la teoría endosimbiótica.
Las mitocondrias y los cloroplastos evolucionaron a partir de organismos procariotas.
Las células eucariotas evolucionarían hacia la diversidad de eucariotas que conocemos hoy en día.

Revisar

¿Cuándo evolucionaron las primeras células eucariotas?
Describir la teoría endosimbiótica.
Discutir la evidencia de la evolución de mitocondrias y cloroplastos.

Imagen	Referencia	Atribuciones
	[Figura 1]	Crédito: LadyofHats; Eric Gaba Fuente: Fundación CK-12; Commons.wikimedia.org/wiki/Archivo:Phylogenetic_Tree.svg Licencia: CC BY-NC
	[Figura 2]	Crédito: LadyofHats Fuente: Fundación CK-12 Licencia: CC BY-NC-SA 3.0
	[Figura 3]	Crédito: Eric Gaba Fuente: Commons.wikimedia.org/wiki/Archivo:Phylogenetic_Tree.svg Licencia: Dominio público