La teoría endosimbiótica
Mirá una célula de tu mucosa bucal o de una hoja de cebolla al microscopio: parece una sola unidad. Sin embargo, dentro de ella viven estructuras con su propio ADN, que se dividen por su cuenta y se parecen sorprendentemente a bacterias. ¿Qué hacen ahí? ¿Y si nuestras células fueran, en parte, antiguas comunidades de bacterias?
El problema: de dónde salen las células eucariotas
Las células procariotas (bacterias y arqueas) son pequeñas, no tienen núcleo y casi no tienen organelas con membrana. Las eucariotas (animales, plantas, hongos, protistas) son mucho más grandes, tienen núcleo y organelas como mitocondrias y cloroplastos.
Los fósiles indican que las procariotas aparecieron primero y que las eucariotas llegaron mucho después. Entonces, ¿cómo se pasó de una a otra?
Durante mucho tiempo se pensó que la membrana de una procariota se fue plegando hacia adentro y generó de a poco las organelas (hipótesis de la invaginación). Pero esa idea no explicaba por qué mitocondrias y cloroplastos tienen ADN propio, ni por qué tienen dos membranas.
En 1967 la bióloga estadounidense Lynn Margulis recuperó y fundamentó con muchas evidencias una idea más antigua, propuesta por otros científicos a comienzos del siglo XX: algunas organelas fueron antes bacterias de vida libre. Su trabajo fue rechazado por varias revistas antes de publicarse, y hoy es una de las ideas centrales de la biología.
Explicá con tus palabras en qué consiste la teoría endosimbiótica sobre el origen de las células eucariotas.
Explicá con tus palabras en qué consiste la teoría endosimbiótica sobre el origen de las células eucariotas.
Los pasos del proceso
Según la teoría, la historia ocurrió por etapas, hace más de mil millones de años:
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Célula ancestral: una procariota grande, capaz de englobar partículas por fagocitosis (o un mecanismo parecido).
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Primera endosimbiosis: engloba una bacteria aerobia (que usa oxígeno para obtener mucha energía). En vez de digerirla, la conserva. Esa bacteria dio origen a la mitocondria. El núcleo se habría formado en esta etapa o antes.
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Segunda endosimbiosis: algunas de estas células eucariotas incorporaron una cianobacteria (bacteria fotosintética). Esa bacteria dio origen al cloroplasto. Por eso solo algunas células eucariotas (algas y plantas) tienen cloroplastos.
Fijate que todas las eucariotas tienen mitocondrias (o las tuvieron), pero solo las fotosintéticas tienen cloroplastos: la mitocondria se incorporó primero.
Nombrá las dos organelas de las células eucariotas cuyo origen explica principalmente la teoría endosimbiótica e indicá de qué tipo de célula procariota habría derivado…
Nombrá las dos organelas de las células eucariotas cuyo origen explica principalmente la teoría endosimbiótica e indicá de qué tipo de célula procariota habría derivado cada una.
Ordená en una secuencia lógica los pasos propuestos para el origen de una célula eucariota fotosintética: aparición del núcleo, incorporación de una bacteria aerobia,…
Ordená en una secuencia lógica los pasos propuestos para el origen de una célula eucariota fotosintética: aparición del núcleo, incorporación de una bacteria aerobia, incorporación de una cianobacteria y célula procariota ancestral. Justificá el orden elegido.
Las evidencias
Una teoría científica no se acepta porque suene bien, sino porque hay observaciones que la sostienen. Si mitocondrias y cloroplastos fueron bacterias, deberían conservar rasgos bacterianos. Y los conservan:
| Rasgo | Núcleo / citoplasma eucariota | Mitocondria y cloroplasto | Bacteria |
|---|---|---|---|
| ADN | Lineal, grande, en cromosomas dentro del núcleo | Circular, pequeño, sin histonas típicas | Circular, sin núcleo |
| Ribosomas | Grandes (80S) | Pequeños, más parecidos a los bacterianos (70S) | Pequeños (70S) |
| Tamaño | — | Parecido al de una bacteria (1-10 µm) | 1-10 µm |
| División | Mitosis | Se dividen por fisión binaria, independiente del ciclo celular | Fisión binaria |
| Membranas | — | Dos membranas; la interna se parece a la bacteriana | Membrana plasmática (más pared) |
Cada fila responde a la misma pregunta: ¿se parece más a una bacteria o al resto de la célula? Casi siempre, a una bacteria.
Otras pruebas: algunos de sus antibióticos actúan sobre los ribosomas bacterianos y también afectan a las mitocondrias; y la comparación de secuencias de ADN muestra que el ADN mitocondrial se parece al de ciertas bacterias aerobias y el del cloroplasto al de las cianobacterias.
Las mitocondrias tienen ADN propio. Indicá cómo es ese ADN (forma y tamaño en comparación con el del núcleo) y por qué ese dato apoya la teoría endosimbiótica.
Las mitocondrias tienen ADN propio. Indicá cómo es ese ADN (forma y tamaño en comparación con el del núcleo) y por qué ese dato apoya la teoría endosimbiótica.
Mencioná al menos tres evidencias que se observan en mitocondrias y cloroplastos y que apoyan su origen endosimbiótico (por ejemplo, tipo de ribosomas, membranas, forma…
Mencioná al menos tres evidencias que se observan en mitocondrias y cloroplastos y que apoyan su origen endosimbiótico (por ejemplo, tipo de ribosomas, membranas, forma de división). Explicá cómo cada una se relaciona con las bacterias.
La doble membrana
Una de las pruebas más claras es la doble membrana. Cuando una célula engloba una partícula por fagocitosis, la rodea con un trozo de su membrana y forma una vesícula. La partícula queda así con dos membranas: la suya propia y la de la vesícula que la rodea.
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Membrana externa: proviene de la célula huésped (la vesícula de fagocitosis).
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Membrana interna: es la de la bacteria original.
Esto explica por qué mitocondrias y cloroplastos tienen dos membranas, y por qué la interna se parece a una membrana bacteriana. Una invaginación simple de la membrana de la célula daría una estructura con una sola membrana.
Las mitocondrias y los cloroplastos están rodeados por dos membranas. Explicá cómo la teoría endosimbiótica interpreta la presencia de esa doble membrana a partir de lo…
Las mitocondrias y los cloroplastos están rodeados por dos membranas. Explicá cómo la teoría endosimbiótica interpreta la presencia de esa doble membrana a partir de lo que ocurre cuando una célula engloba a otra por fagocitosis.
Del simbionte a la organela
¿Por qué hoy una mitocondria no puede vivir fuera de la célula si conserva rasgos bacterianos?
Con millones de años de convivencia ocurrió una pérdida y transferencia de genes: la mayoría de los genes de la bacteria original pasaron al ADN del núcleo de la célula huésped o se perdieron. Hoy el ADN mitocondrial tiene muy pocos genes, y la organela necesita proteínas fabricadas según instrucciones del núcleo.
A la vez, la célula huésped depende de ellas: la mitocondria le aporta energía (ATP) y el cloroplasto, glucosa por fotosíntesis. Es una dependencia mutua.
| Mitocondria | Cloroplasto | |
|---|---|---|
| Bacteria de origen | Bacteria aerobia | Cianobacteria |
| Función | Respiración celular (ATP) | Fotosíntesis |
| Semejanzas con la bacteria | ADN circular, ribosomas 70S, fisión, doble membrana | Igual, y además pigmento clorofila y tilacoides |
| Diferencias | Poco ADN, no vive sola, depende del núcleo | Igual |
Aun así conservan rasgos bacterianos, como las huellas de su origen.
Compará un cloroplasto con una cianobacteria y una mitocondria con una bacteria aerobia. Indicá semejanzas y diferencias, y explicá por qué las organelas actuales no…
Compará un cloroplasto con una cianobacteria y una mitocondria con una bacteria aerobia. Indicá semejanzas y diferencias, y explicá por qué las organelas actuales no pueden vivir de manera independiente aunque conserven rasgos bacterianos.
Una teoría puesta a prueba
La ciencia avanza proponiendo hipótesis y buscando datos que las apoyen o las contradigan. Este caso lo muestra bien:
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Había una hipótesis rival (invaginación de la membrana) y otra (endosimbiosis).
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Las observaciones (ADN circular, ribosomas, doble membrana, división propia, secuencias de ADN) se explican mejor con la segunda.
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La idea fue rechazada al principio, pero se impuso porque tenía más evidencias.
Para poner a prueba una hipótesis hay que preguntarse: ¿qué debería observarse si fuera cierta y qué no? Por ejemplo, si las organelas fueran invaginaciones, su ADN debería parecerse al del núcleo; si descienden de bacterias, debería parecerse al de bacterias. Comparar las secuencias permite decidir. La comparación mostró lo segundo.
Un estudiante propone que mitocondrias y cloroplastos no vienen de bacterias, sino que se formaron por invaginaciones de la membrana de la propia célula. Argumentá con…
Un estudiante propone que mitocondrias y cloroplastos no vienen de bacterias, sino que se formaron por invaginaciones de la membrana de la propia célula. Argumentá con evidencias a favor o en contra de esta hipótesis alternativa y explicá qué observaciones serían necesarias para ponerla a prueba.
Resumen
Volvé al principio: las estructuras con ADN propio que vemos en nuestras células son antiguas bacterias que pasaron a ser parte de nosotros.