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Sábado, 04/07/15 - 09:05 h

50 soluciones a la paradoja de Fermi (44ª solución): La transición procariota-eucariota es rara

Sergio L. Palacios

Viernes, 25 de enero del 2013 - 15:03

Lee el artículo completo en: Física en la ciencia ficción

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Algunos biólogos piensan que la rapidez con la que las células aparecieron en la Tierra implica que la generación de vida a partir de materia inanimada es directa. Si nuestro planeta resulta ser típico, entonces millones de planetas en la galaxia pueden albergar vida microbiana. Sin embargo, aunque las eucariotas pueden ser muy antiguas, su bioquímica pudo haber llevado mucho tiempo hasta alcanzar su grado actual de sofisticación, incluso miles de millones de años. Quizá este laspso de tiempo tan grande implique que el desarrollo de las eucariotas siga un camino complicado y difícil. Podría ser que la vida multicelular compleja en cualquier rincón de la galaxia deba evolucionar a partir de microbios y otros seres unicelulares. A lo mejor la vida eucariota compleja aún no se ha desarrollado en otros planetas o, peor aún, se ha estancado en la etapa procariota. ¿Qué pudo suceder para que en la Tierra se diese la transición de procariota a eucariota?Desde luego, una cosa es obvia: las bacterias siempre han sido los organismos vivos más exitosos. Su sencillez y capacidad para reproducirse velozmente son inigualables. Han desarrollado respuestas bioquímicas a todo tipo de cambios ambientales y pueden ocupar nichos de muchas variedades gracias a su dureza y resistencia, adquiridas a lo largo de eones.En cambio, las formas de vida eucariotas son mucho menos robustas, son susceptibles a sufrir extinciones masivas y su longevidad se mide en millones de años, no en miles de millones como las bacterias. Así y todo, las eucariotas son mucho más interesantes que las procariotas, dada su capacidad para cambiar de forma y adaptarse, lo que conduce a una variedad mucho más grande que las de las procariotas.Una diferencia significativa entre las células procariotas y eucariotas es la que tiene que ver con las paredes celulares: rígidas en las primeras y flexibles (o ausentes) en las segundas. Esta flexibilidad desempeña un papel fundamental en procesos como la citosis y la fagocitosis, un proceso mucho más eficiente que el empleado por las bacterias, consistente en la secreción de enzimas en el medio adyacente para luego absorber los productos.Otras diferencias entre procariotas y eucariotas es que éstas poseen núcleo, separado del citoplasma por dos membranas; también contienen orgánulos, entre ellos las mitocondrias o los plastos. En la década de 1970 Lynn Margulis propuso la idea de que los orgánulos pudieron surgir por simbiosis. Así, las eucariotas primitivas fagocitaron células procariotas que resultaron no ser digeribles pero que, sin embargo, eran capaces de transformar energía de forma más eficiente que las eucariotas huéspedes. Esta colaboración se perpetuó en adelante.A diferencia de las procariotas, las nuevas eucariotas pueden formarse mediante la fusión de gametos de dos padres, es decir, se pueden reproducir sexualmente. La información genética almacenada por las eucariotas es, así, mucho mayor que en el caso de las procariotas.Finalmente, las eucariotas poseen un citoesqueleto que les permite resistir las tensiones y compresiones a las que puede estar sometida la pared celular. También juega un papel básico en el crecimiento de la propia célula. Las proteínas que forman el citoesqueleto (actina y tubulina) se encuentran entre las más importantes para el desarrollo de vida compleja.¿Fue inevitable esta transición de una célula primitiva procariota a una increíblemente compleja célula eucariota? Cuestión de difícil respuesta, ya que dicha transición tuvo lugar hace mucho tiempo. Uno de los primeros pasos pudo ser la pérdida de la pared celular rígida, aunque esto podría resultar fatal para muchos organismos, que se verían atacados por un ambiente hostil para ellos. Quizá el paso lógico tuvo que ser la aparición de los citoesqueletos como formas de paliar en lo posible la pérdida de rigidez de la pared de las células, aunque no tengamos ni idea de lo probable que pudo resultar esta evolución. En cambio, el origen de los orgánulos es mejor conocido.Pero, probablemente, la mayor de las innovaciones tuvo que ver con la cooperación intercelular. Durante mucho tiempo, la mayoría de las células, tanto procariotas como eucariotas, vivieron aisladas. Entonces ocurrió la transición y empezaron a unirse y asociarse, a intercambiar información y compartir materiales. El resultado: hongos, plantas y animales, tal como los conocemos hoy.No está nada claro cuándo tuvo lugar el cambio a la multicelularidad. Un evento crucial fue la explosión del Cámbrico, hace 540 millones de años.El abundante registro fósil que ha llegado a nosotros nos indica que una gran variedad de animales vivían en aquella época. Antes de ella, pocos animales fosilizados se han encontrado, lo cual puede indicar que dichos animales podían carecer de partes duras en sus cuerpos y desaparecieron sin dejar rastro. El secuenciado genético ha llevado a algunos biólogos a creer que la vida animal surgió hace ya mil millones de años, lo que significaría que la mitad de la historia no ha quedado registrada en forma fósil. Sea como fuere, las criaturas unicelulares han estado presentes desde después de que la Tierra se enfriase. Si tardó más de 3000 millones de años en desarrollarse la vida compleja, ¿por qué esperó tanto tiempo para adoptar la multicelularidad, la cooperación entre células?Una hipótesis (aunque controvertida) es que la gran explosión cámbrica fue producida por un incremento súbito en los niveles de oxígeno atmosférico. Organismos como las cianobacterias producían oxígeno como resultado de sus procesos metabólicos. Durante dos mil millones de años este oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera, produciendo la muerte de innumerables organismos. En cambio, otros muchos lograron adaptarse y evolucionar, desarrollando metabolismos capaces de quemar oxígeno y alimentos, descomponiéndolos en dióxido de carbono y agua. A pesar de todo, el nivel de oxígeno de hace 550 millones de años no era tan elevado como el actual y los animales tuvieron que obtenerlo mediante difusión a través de sus tejidos, un proceso lento y poco eficiente. Estos animales no tendrían ni corazón ni sistema circulatorio. Debieron de ser criaturas pequeñas y no está muy claro por qué no dejaron registros fósiles.Tampoco se comprende demasiado bien que el nivel de oxígeno aún aumentase más y apareciesen evoluciones tales como las agallas o branquias, hemoglobina en la sangre y corazones que permitieron a los animales marinos un aprovechamiento más eficiente del oxígeno disuelto en el agua. Puede que la aparición de los depredadores provocase la adaptación de las presas, que respondieron desarrollando conchas calcáreas, duras, para protegerse de ellos y que, posteriormente, se fosilizaron y llegaron hasta nuestra época.¿Qué pasa si en otros planetas no hubiese tenido lugar el desarrollo de la cooperación intercelular? Podríamos algún día visitar otros mundos plenos de vida pero que ésta fuese de tipo unicelular, donde no se ha dado nunca el cúmulo de eventos biológicos y ambientales necesarios para la aparición y posterior desarrollo de vida compleja multicelular y, por tanto, capaz de comunicarse con nosotros.NOTAS:Esta entrada participa en el XXI edición del Carnaval de Química, organizado por @Ununcuadio en su blog Pero esa es otra historia y debe ser contada en otra ocasión.Esta entrada participa en la XX edición del Carnaval de Biología, hospedado por @Multivac42 en su blog Forestalia.

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