El Origen de las Células Eucariotas

El Origen de las Células Eucariotas

¿Cómo surgieron las células Eucariotas?, para resolver este enigma me armo de paciencia para poder explicarlo de forma sencilla según lo explica Christina de Duve en el número especial de Investigación y Ciencia dedicado al origen de la Vida.

Los primeros seres vivos que aparecieron sobre la Tierra hace 3700 millones de años eran microorganismos unicelulares, carentes de núcleo (compartimento especializado donde se almacena su código fuente genético), estos microorganismos que se difundieron por el planeta en múltiples y diversas formas reinando en la tierra por más de 1000 millones de años. Fue en este momento, deducido de forma aproximada, cuando una nueva especie de microorganismo dotado de un núcleo específico para alojar su información genética, perteneciente a la rama Eucariota comenzó a desprenderse del tronco Procariota.

Hasta hace poco decir que las células Eucariotas descendían de antepasados Procariotas era un brindis al sol, no tenemos representantes de etapas intermedias entre los dos tipos de células, no tenemos fósiles que nos den posibles pistas, lo que si tenemos es el producto Original y el producto Final, en la actualidad existen células Procariótidas y Eucariótidas…menos es nada!

Con las herramientas científicas actuales se han descubierto parentescos entre ambas que han allanado el camino para explicar los procesos evolutivos que dieron lugar a las Eucariótidas a partir de células Procariótidas.



Imagen de una célula procariótida, está en inglés pero se entiende a la perfección.
 
Las Células Eucariótidas se distinguen de las Procariótidas por la presencia en su citoplasma, de millares de estructuras organizadas, los orgánulos, que tienen el mismo tamaño aproximadamente que el de una célula procariótida lo que nos da una idea de la diferencia abismal en tamaño que existen entre ambos tipos. Los orgánulos más importantes son los peroxisomas (funciones metabólicas), las mitocondrias (centrales energéticas) y en las algas y células vegetales, los plastos (realizan la fotosíntesis).



Imagen de una célula eucariótida, está en inglés pero se entiende a la perfección.

Rango de tamaños que presentan las células procariotas en relación a otros organismos y biomoléculas.

Lynn Margulis en 1967 recuperó la teoría sobre el origen bacteriano de mitocondrias y plastos, desde tiempo antes los biólogos venían sospechando que las mitocondrias y los plastos descendían de bacterias adoptadas por alguna célula hospedadora como endosimbionte (etimológicamente: “vivir juntos en el interior”). Hoy en día esta teoría presenta pruebas contundentes, en estos 2 orgánulos existe un sistema genético vestigial, aunque continua desarrollando ciertas funciones. Unas cuantas propiedades caracterizan este aparato genético como típico de células procariótidas, y se distingue además del sistema genético principal de la célula procariótida al que pertenecen.

Ahora abordo el punto que le interesa a Pere…la evolución de las células procariótidas a Eucariótidas, vamos a ver cómo pudo haber sucedido e intentar comprender los mecanismos que impulsaron a la evolución de un organismo procariota primitivo hacia una especie eucariota moderna:

1. Partimos del siguiente hecho, la célula procariota era heterótrofa, (se alimentaba de desechos excretados por otros organismo), bien podría haber vivido en colonias mixtas como las que han fosilizado en las formaciones de estromatolitos e incluso hoy en día estas colonias de estromatolitos perviven en la Tierra.
   
2. Con la pérdida de la pared celular comienza el proceso (en la actualidad existen células procariótidas con esta característica). La célula quedó revestida de una membrana flexible con muchos ribosomas adosados. En los ribosomas se ensamblan las proteínas que sirven para sintetizar las enzimas digestivas que se liberan al exterior. (Hacen la digestión en el exterior de la célula!)
   
3. Las ondulaciones de la membrana celular permitieron que la célula incrementase su tamaño, aumentando los pliegues y la superficie para la absorción de nutrientes.
   
4. Aparecen pliegues internos de la membrana, dejando vesículas intracelulares aisladas, ahora la digestión ocurre dentro y fuera de la célula. La internalización del fragmento de membrana al que estaba anclado el ADN dio lugar a un recodo interno con el ADN unido, precursor del núcleo.
   
5. Aparecen elementos estructurales constituidos por fibras y microtúbulos que proporcionó estabilidad para el crecimiento de la célula y la capacitó para flexionar su membrana externa y trasladar los materiales por su interior. La célula aprende a engullir macropartículas y digerirlas en su interior. Acabó absorbiendo todo su alimento de esta forma utilizando enzimas que se vertían a los sáculos digestivos por medio de una red de compartimentos interiores en expansión. Algunos de estos compartimentos se aplanaron y rodearon el conjunto, cada vez mayor de ADN.
   
6. Llegamos al desarrollo del fagocito primitivo, en el que debido a la evolución aparecen cambios como la presencia de flagelos que le facilitan el desplazamiento, el núcleo se consolida y la complejidad de su estructura se incrementa.

Cada cambio pequeño introducido en la célula tiene que haber incrementado su posibilidad para sobrevivir y reproducirse para que la innovación se extendiera por toda la población.

Al final de la primera parte del camino hemos llegado hasta el fagocito primitivo, una célula dotada de una organización eficiente para alimentarse de bacterias, un poderoso cazador que ahora a podría moverse con libertad persiguiendo a sus presas y con el tiempo se convertirá en hospedador de los endosimbiontes.

La Adopción de procariotas como huéspedes permanentes del interior de fagocitos, mayores en tamaño, señaló la fase final de la evolución de las células Eucariótidas. Los precursores de los peroxisomas pudieron ser los primeros procariotas que acabaron convirtiéndose en orgánulos eucariotas. Destoxificaban compuestos destructores originados por los niveles crecientes de oxígeno en la atmósfera, (hay que tener en cuenta que las primeras células que hicieron su aparición sobre la Tierra, vivían en un planeta sin rastro de Oxígeno, el Oxígeno molecular libre es un producto de la vida). Los precursores de mitocondrias mostraban una mayor eficacia en la labor protectora de las células hospedadoras frente al oxígeno. El desarrollo de peroxisomas y mitocondrias permitió la adopción de precursores de plastos, como los cloroplastos, centros productores de oxígeno de la fotosíntesis. En esta etapa final las células hospedadoras recibieron los medios para la síntesis de materiales utilizando la energía de la luz solar.

A diferencia de mitocondrias y plastos, los peroxisomas no contienen restos de un sistema genético independiente, pero esto tendría una explicación. Mitocondrias y plastos han perdido la mayor parte de sus genes originales que han pasado al núcleo, y los peroxisomas primitivos por ser los primeros capturados por el fagocito primigeneo podrían haber perdido todo su ADN.

Paulatinamente la mayoría de los genes de los endosimbiontes se fueron transfiriendo al núcleo de la célula hospedadora.

La adopción de endosimbiontes desempeño un papel crucial en el nacimiento de los eucariotas, pero más importante fue la aparición tras una evolución lenta de unos mil millones de años de un microorganismo fagocítico primitivo que poseía la mayoría de los atributos de las células eucariotas modernas.



De todos los arboles que he visto este me parece muy claro y directo, partiríamos de una forma ancestral común de hace unos 4000 mil millones de años, (aunque recientemente el grupo que lidera Russell F. Doolittle, de la Universidad de California en San Diego, mantienen la teoría de que el último antepasado común de todos los seres vivos existió hace algo más de 2000 millones de años. Hace entre 2500 y 2000 millones de años que apareció el fagocito primitivo del que evolucionaron las eucariótidas.

Fuente Principal:

Investigación y Ciencia – Temas “El Origen de la Vida”

Fuentes Secundarias:

bioygeo
Wikipedia - Bacteria
cartage

Temazo LaBaracA... además podrías proponerlo como el tema de "referencia de estilo" en el hilo de sugerencias, por qué el formato a mí desde luego me gusta bastante, aunque yo centraba las fotos xD.

Bueno al lio, que el tema está muy interesante, pero quiero hacer algunas puntualizaciones:

Por un lado, añadir que la teoría endosimbiótica (que las eucariotas sean origen de una procariota dentro de una otra) tiene algunos añitos, pero al principio no obtuvo mucho éxito. Es gracias a Cavalier-Smith y sus recientes investigaciones que esta hipótesis está adoptando al categoría de teoría; y en general, Cavalier-Smith está "revolucionando" el campo de la microbiología, incluso rehaciendo los árboles taxonómicos y filogenéticos.


Y luego una cosa con la que no estoy de acuerdo,y es que comentas que la pared celular se pierde, y con ello se gana la estabilidad necesaria para que la endosimbiosis sea efectiva. Me cuesta estar de acuerdo porque las referencias que das son de gente más experta que yo xD, pero te enuncio el siguiente hecho: existen muchas protistas con pared celular, y las protistas son las más antiguas entre las células eucariotas. Los hongos y las plantas también tienen pared celular; y son todos organismos eucarióticos.

Por otro, voy a relacionar un poco lo dicho por Felix, con la clasificación taxonómica de las bacterias. Ya sabemos que la vida se puede dividir en dos grandes superreinos o imperios:

• Prokaryota
• Eukarya

Las células procariotas son las originarias, y de algún modo, la teoría endosimbiótica quiere "ordenar" a las distintas morfologías bacterianas en busca de lograr, a partir de ellas, células eucariotas.

Tipos de células procariotas hay dos: eubacterias y arqueobacterias. Las primeras dan lugar al reino Bacteria, y las segundas al reino Archaea. Las arqueas, según la teoría endosimbiótica de Cavalier-Smith, evolucionan a partir de las eubacterias, pero no son predecesoras de las células eucariontes, es decir, que en este punto el árbol se bifurca en dos caminos: las eubacterias evolucionan por una parte a las arqueobacterias, y por otra parte a las células eucariotas.

El reino Bacteria a su vez se puede dividir en tres superfilos:

• Eobacteria. Estas son las más simples y antiguas de las bacterias procariontas. Casi que podemos decir que son las primeras. Tienen una pared celular de peptidoglicano, y una capa externa que la envuelve con uniones de fosfolípidos. Son bacterias Gram-Negativas.
• Glycobacteria. Son el siguiente paso evolutivo. Evolucionan a partir de las Eobacterias al unirse a dichos fosfolípidos unos lipopolisacáridos. Se enriquece la capa externa, pero la pared celular ensencialmente no cambia. También son bacterias Gram-Negativas.
• Posibacteria. Una vez más, evolucionan a partir de las glycobacterias. Esencialmente, lo que hacen es perder la membrana externa. Se les denomina posibacterias por que dan positivo en la tinción de Gram, es decir, son bacterias Gram-Positivas.

Ahora viene la "clave" del asunto, que es la afirmación de que aquí es dónde se pierde la pared celular. Lo que ocurre en este punto, según tengo entendido, es que la pared celular, que contienía hasta ahora peptidoglicano y lipopolisacáridos, pasa a ser una pared celular de glicoproteinas.

Con la nueva "pared celular" de glicoproteinas se forja un nuevo taxón o categoría celular: el taxón Neomura. Dentro de Neomura se encuentran las antes mencionadas arqueobacterias y las ahora células eucariotas.

La diferencia es la siguiente:

• Las arqueas son las que usaron las glicoproteinas para formar una doble pared celular más gruesa. Es decir,la capa exterior era la que contenia a las glicoproteinas, y es una capa mucho más dura y fuerte llamada exoesqueleto, y la interior que está formada por la pared celular original de las eobacterias pero sin el peptidoglicano (salvo seguramente otras modificaciones adicionales, pero en esencia es ésto). Al tener ese exoesqueleto la célula se hace mucho más fuerte, y es por ello que las arqueas son las células que habitualmente viven en los ambientes extremos: sitios muy ácidos, muy calientes, etc.
• Las eucariotas aprovecharon la nueva estabilidad que le confieren las glicoproteinas a la célula para poder fagocitar, es decir, para poder evolucionar por endosimbiosis. En general, para que una célula pueda fagocitar, necesita que la pared se abra para recibir al nuevo huesped, y una vez dentro, cerrarse. Si no fuera por la glicoproteina, la celula no podría fagocitar ya que la pared acabaría destruida al comenzar a abrirse para recibir al invitado.

Así que alguien me explique qué pasa aquí xD por que me cuesta creer que yo tenga la razón y esas fuentes no. Pero sí os fijais, el "camino" evolutivo es similar al presentado por LaBaracA, con la excepción del dato de la pérdida de la pared celular (que ahora es perdida de la membrana externa por un lado, y modificación de la pared celular; glicoproteinas; por otro).

Saludos.

PD: A ver cómo se concilia ésto, que debe ser duro poner en duda un trabajo hecho con tanto esfuerzo y cariño LaBaracA xD

¿No menciona el artículo de Investigación y Ciencia que dices cómo se origina el flagelo?

La verdad es que no lo he leído, pero Margulis afirmaba que se trataba de un ser del tipo Spirogira o afín el que taladró la mebrana de la primitiva célula eucariota, quedando encapsulada en ella y pasando a formar parte de la misma. No sé cómo habrá quedado la cosa, porque le perdí la pista a esta discusión, pero ahora con los análisis genéticos, se podría ver (aunque seguro que ya están trabajando en ello).

No sabía que el flagelo fuera esencial en la formación de la célula eucariota. Pero si te fijas en el árbol filogenético que aparece aquí:



Afirma que el flagelo aparece entre las glicobacterias (a partir de la mutación E). Las glicobacterias son las que recogen las mutaciones de las C a la G. Las eubacterias son las primeras, y las posibacterias las posteriores hasta la revolución neomura.

Saludos.

Ahí precisamente está la discrepancia, por eso quiero saber en qué ha acabado esta "pelea" dialéctica.

A ver si LaBaracA, que es el que tiene el artículo en sus manos, comenta algo más sobre esto del flagelo y la "perdida de pared celular". O que algún otro usuario nos resuelva la duda.

Saludos.

Más que el flagelo, lo que dice Margulis en su teoría es que el citoesqueleto (que tan importante es) podría provenir como consecuencia de una simbiosis bacteriana con una Spirogira o afín y el primitivo eucariota o protoeucarionte.

Se parte del supuesto de que el microorganismo habría perdido la capacidad de eleaborar una pared celular, el momento exacto no se indica, solo se señala que existen hoy en día todavía, incluso en ambientes hostiles formas que carecen de esta pared que poseen vida independiente, para esta hipótesis la colonia de estromatolitos ofrecería al microorganismo primitivo un refugio excelente según indica el artículo...parece coherente deducir que si el proceso existe en nuestros días se ha podido dar en el pasado, este punto es fundamental para la consistencia de la teoría evolutiva de las procariótidas a eucariotidas...

A lo del flagelo no le meciona directamente Tyndall, hace referencia a los cambios evolutivos que sufrio el fagocito primitivo indicando que disponía de flagelos, pero no especifica nada sobre este apéndice...

Saludos!

Osea, que en ningún hace referencia a que al eucarionte primitivo se le pudiese atragantar una bacteria y que esta pudiese aportar todo el citoesqueleto.

Es que este debate lleva ya la tira de años, y aún le falta esta prueba a Margulis para dar el espaldarazo defenitivo a su Teoría Endosimbionte. Que quizás, debiera ser ya Ley, como tantas cosas, la Biología al no poder predecir... se queda en teoría.

La verdad es que no sé quién es Margulis,aunque me suena, pero tengo entendido que es Cavalier-Smith el que está llevando ahora las riendas de esa teoría. Es más lo está partiendo todo, y es la máxima autoridad mundial actual en protozoología... un bastinazo de tío vamos.

Saludos.

Pues Cavalier-Smith lo que ha hecho es revolucionar esta teoría, realizada hace ya varios años por Lynn Margulis y su marido, Carl Sagan. Hay un libro que ahora que empiezan las vacaciones se podría leer, que se llama "Una Revolución en la Evolución", donde expone estos puntos de manera amena y sencilla a la par que clara.

Yo es que particularmente Cavalier-Smith lo veo más que nada como taxónomo y sistemático vegetal, porque ha dado mucha luz a la taxonomía de muchos grupos de dudosa relación filogenética (aunque algunas veces a mi juicio se pasa).

Es cierto que está trabajando mucho y bien en la aclaración de las relaciones filogénticas entre organismos, sobre todo el trabaja con protistas y bacterias, sino me equivoco, pero es que se atreve con todo el jodío (cuando a priori era un zoólogo). Los coanoflagelados se describen gracias a él.