El origen evolutivo de las membranas eucariotas
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El origen de la célula eucariota sigue siendo un misterio para la ciencia. A pesar de ello cada día tenemos más piezas de conocimiento para montar el puzzle que significa una célula eucariota tal y como hoy la conocemos. Sabemos ya, gracias a los trabajos de Lynn Margulis, el origen procariota de mitocondrias y cloroplastos. También se postula un origen similar para el citoplasma celular, los cilios y flagelos, así como de sistemas de microtúbulos internos de la célula. En un trabajo recién publicado también se apunta a un origen bacteriano de las membranas internas, esas que rodean algunos compartimentos, de la célula eucariota. Os lo presento tal y como hacen los autores de este trabajo
Célula de Gemmata obscuriglobus, un miembro del phylum Plantomycetes. El DNA aparece coloreado de púrpura y el contenido de las vesículas en verde. Crédito de la imagen: R. Santarella-Mellwig (microscopía electrónica) y C. Panagiotidis (diseño gráfico)
La formación de sistemas internos de membranas fue un paso importante en la evolución de la célula eucariota. Las proteínas de las envueltas membranosas, que presenta una ordenación única, con una estructura de dominios repetidos de alfa-hélice y hélices enrolladas, juegan un papel crucial en la configuración de la forma de la célula. Estas proteínas quizás estuvieron presentes en las células eucariotas ancestrales, pero nunca se han encontrado en ninguna bacteria o arquea, al menos después de rastrear la secuencia de todos los genomas que se conocían hasta la fecha. Empleando un protocolo de detección basado en la estructura tridimensional de las proteínas, se analizaron todas las proteínas existentes en los bancos de datos. Aparte de los eucariotas, se identificó la estructura de proteínas de membrana eucariota en bacterias del superphylum Planctomycetes-Verrucomicrobia-Chlamydiae (PVC), pero no en otras bacterias. Los autores pudieron determinar que estas proteínas están localizadas en versículas dentro de bacterias tales como el planctomicete Gemmata obscuriglobus. Los resultados obtenidos por este grupo demuestran similitudes entre la compartimentación que existe en eucariotas y procariotas, sugiriendo que el superphylum PVC contribuyó significativamente a la eucariogénesis.
Fuente: Santarella-Mellwig y colaboradores (2010) The compartmentalized bacteria of the Plantomycetes-Verrucomicrobium-Chlamydiae superphylum have membrana coat-like protein. PLOS Biology 19:8
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¡Vaya pasada!!! 😯 Cada vez se descubren más evidencias de que el mundo es mucho más complejo y plástico de lo que se pensaba 😛
Manuel, creo que una vez me comentaste que en algunas bacterias, ¿actinomicetos eran? también se habían encontrado sistemas de endomembranas o algo así, ¿o voy tirando por los cerros de Úbeda?
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Pues sí Cnidus, una pasada. Por falta de tiempo no traduzo aquí todo el artículo. Recomiendo su lectura, creo que es de acceso libre. Cuando encuentre un momento detallaré más. …Y Margulis sigue sonriendo … 😀
Sí, no es infrecuente encontrar endomembranas en procariotas. Por ejemplo, algunos Rhizobium y Azoarcus engloban a la nitrogenasa para evitar que el oxígeno llegue hasta ella y la inactive. Algunas bacterias del azufre acumulan azufre metálica en gránulos (estas son las bacterias más grandes identificadas). Pero en esas membranas no se habían encontrado las proteínas que hasta ahora se creían exclusivas de eucariotas. Hasta ahora.
Estos maravillosos «bichitos»… 😀
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Realmente, cada vez más la célula eucariota parece un puzzle de procariotas, reforzando de nuevo a la teoria de la evolución «a saltos» en vez de «poquito a poco».
Y quizás por aquí se esté descubriendo de donde proceden evolutivamente los eucariotas, tal vez sea realmente de los PVC. Porque la membrana nuclear es lo que realmente divide procariotas de eucariotas, por definición, o no? (Si no, agradecia que alguien me lo aclarase). Y en ese caso, la evolución de procariotas a eucariotas se dió al adquirir la membrana nuclear, no antes ni después.
Aunque el nombre que le queda al superphylum no seja de ser chocante: al final descendemos del PVC? 😉
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¿Por qué ha de tener la evolución una «velocidad» constante? ¿No puede ser gradual durante 10 millones de años y rauda durante unas pocas generaciones? No veo la incompatibilidad.
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Hexo: ¿No puede ser gradual durante 10 millones de años y rauda durante unas pocas generaciones? No veo la incompatibilidad.
Yo tampoco la veo. Puede ocurrir perfectamente.
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Si, estoy de acuerdo, no sólo puede ocurrir sino que me parece que está demostrado que ha ocurrido, de una y de otra de las formas, muchas veces.
A lo que me referia al decir «reforzando la teoria» es que la imoportancia (por lo menos la que yo le daba) a la evolución «a saltos», más bien reducida en el cómputo global, con los recientes descubrimientos cada vez es mayor, parece que tiene una influencia en el resultado final superior a la que yo creía.
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Pero por «evolución a saltos», para concretar un poco… ¿a qué modelo te refieres, Aureus, al de los Monstruos Esperanzado de Goldschmidt? 😀
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Pues como que no, Cnidus.
Me refiero a transferencias horizontales, simbiosis que acaban en fusión, mezcla genética (en plantas, al menos en animales no lo conozco), o, en el caso que nos ocupaba, parece evidente que la obtención de energía por las células eucariotas dió un salto fenomenal con la incorporación de mitocondrias, y el crecimiento con la incorporación de cloroplastos, hasta el punto de que, que yo conozca, no quedan eucariotas sin mitocondrias (sin cloroplastos si porque se comen a los otros…).
Todo esto generalizando. Y sin darle nombre a la teoría, que no sé si lo tiene o no. Siempre he sido muy malo memorizando nombres (creo que con las ideas soy algo menos malo), y por eso me he «inventado» nuevos nombres para estas teorías: el «a saltos» y el «poquito a poco».
Evidentemente, las mutaciones actúan «exclusivamente» (siempre con alguna posible excepción, que esto es biología) en el modelo de «poquito a poco», y las «mezclas» (simplificando hasta lo imposible) en el de «a saltos».
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Pero las endosimbiosis pueden ser procesos igualmente graduales. No creo que se encuentren dos células que vienen de parranda y se metan una dentro de la otra y comiencen a crear poblaciones directamente con individuos ya perfectamente endosimbiontes. Sino que este debe de ser un proceso de adaptación entre ambos, donde claramente actúa la selección natural.
Esto lo digo porque he leído cosas bastante raras de la señora Margulis.
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Un ejemplo de endosimbiosis a medias: http://bytesizebio.net/index.php/2009/07/04/from-predator-to-plant-in-one-gulp/
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Si, a veces pensamos en una endosimbiosis como algo inmediato, dos organimos se encuentra y de repente forman otro nuevo. Y efectivamente, como dice Hexo, las endosimbiosis pueden ser graduales y lentas. Ejemplos, además del que señala, están los que hemos tratado aquí: Elysia chlorotica o Mixotrica paradoxa, por ejemplo.
Sin embargo, también coincido con Areus y manuel en que la evolución no tiene porqué presentar un ritmo constante, y de hecho, no lo hace. El registro fósil nos demuestra que las especies están en estasis durante mucho tiempo. Precisamente eso fue lo que llevó a Gould y Eldredge a postular el modelo de equilibrio puntuado, aunque no ofrecieron explicación alguna.
Aunando, el ritmo parece ser discontinuo, pero los períodos de cambio tampoco parecen ser de un día para otro. Un período corto, evolutivamente hablando, puede ser de varios millones de años.
Saludos.
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En cierto modo, me parece que la evolución biológica se parece a la evolución tecnológica. Quiero decir, que cuando aparece una nueva tecnología su desarrollo, su evolución, crece a una velocidad exponencial hasta alcanzar un punto de estabilidad. Imaginad que cada invento, cada artefacto, cada aparato, es una especie. Unos dan lugar a otros. Así podríamos encontrar por ejemplo, en el arbol de los barcos, un barco basal, como una canoa, y un barco muy evolucionado como un portaviones. El portaviones tiene un monton de endosimbiontes, del mismo modo que nosotros tenemos un monton de organismos dentro del nuestro sin los cuales no seríamos lo que somos.
Pueden pasar también muchos años con la tecnología evolucionando gradualmente, para que de repente se ponga a evolucionar a toda máquina en muy poco tiempo. Como por ejemplo, el teléfono. 🙂
Bueno, no os lo tomeis muy en serio esto, eh. Solo son divagaciones. 😛
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Qué te juegas a que al final la célula eucariota viene de IKEA.
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Por ello preguntaba Aureus. Como ya han comentado, la simbosis no tiene porque ser un fenómeno que sucede de golpe, al instante. Seguramente, se trata de un fenómeno de coevolución, donde dos organismos, en este caso, se adaptan mutuamente. El caso de iRhizobium por ejemplo, es bastante complejo, sin embargo en la naturaleza existen etapas intermedias, ni mucho menos tan complicadas.
Otra cosa es la transferencia horizontal de genes, que ya es adquirir un repertorio genético completo y funcional. Eso sí que es evolucionar «de golpe», como también sucede con las poliploidías 😀
Lo de los Equilibrios Puntuados, mmm… yo creo que una buena explicación a ellos es que (i) el medio puede cambiar rápidamente a una escala geológica y (ii) los organismos migran a otros territorrios, se aislan o bien llegan a un medio dispar al que ya están adaptados pero al que pueden adaptarse. Básicamente, los organismos son muy dinámicos en el tiempo y en el espacio, pero no son igual de dinámicos todo el tiempo y en todos los lugares. Por lo tanto, tampoco lo serán sus tasas evolutivas. Amos, digo yo 😀
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La clase Barcos, obviamente carece de valor taxonómico, ya que es un grupo parafilético. 😀
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en cualquier caso quien quiere cambiar???, nadie. De entrada, la vida orgánica es de comportamiento realmente egoísta y más bien conservadora, aunque su bioquímica sea totalmente contraria a los equilibrios perfectos.
Una endosimbiosis, como indica simbiosis, es un acuerdo establecido ante unos hechos realmente insalvables, como cambios más bien bruscos de las condiciones ambientales. Desde luego, sucediera lo que fuera, tanto protoeucariota como bacteria se encontraban en situació límite y algo mejoraron sus condiciones nutricionales y energéticas.
Posteriormente el nucleo o protonucleo se las maquinó para someter a las antiguas bacterias (mitocondrias) y las antiguas algas unicelulares y microscópicas (cloroplastos sólo en plantas) a su única decisión, es decir, manipuló via traduccional proteínas espías que sesgaron el DNA de sus «invitados» para que jamás dieran el contrato por finalizado…
El secreto reside en el origen del auténtico nucleo… y creo también, en cuándo la membrana plasmática dejó de dirigir el cotarro para pasarlo al departamento más «fashion» del Nucleo… por no hablar de los misteriosos centrosomas y su origen…
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Esto… En realidad no sabemos cuáles fueron los condicionantes que «obligaron» a que algunos organismos se unieran para originar la moderna célula eucariota. Esa es un área aún en continua investigación.
Que alguna vez la «membrana plasmática» haya sido la dirigente de la bioquímica celular, y no los ácidos nucleicos, dejando de lado el modelo de Fox, es la primera vez que lo oigo 😀
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Completamente de acuerdo.
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Que berraquera 😀
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