Evolución celular: qué es y teorías del origen de las células
¿Qué es la evolución celular?
La evolución celular representa todos los cambios físicos y químicos que dieron origen a las estructuras altamente organizadas y complejas que conocemos como “células”. Sin embargo, a pesar de que se han realizado muchas conjeturas al respecto, todavía no se sabe exactamente cómo se formaron.
Las células son las unidades básicas fundamentales de todos los seres vivos sobre la tierra. Existen en la naturaleza dos tipos de células marcadamente diferentes: las células procariotas y las células eucariotas.
Las células procariotas carecen de sistemas internos de membranas y forman siempre organismos unicelulares, entretanto las células eucariotas son más complejas, pues tienen compartimientos membranosos internos y pueden formar seres vivos tanto unicelulares como pluricelulares.
A pesar de que pueden ser muy diferentes, todas las células se caracterizan por estar rodeadas por una membrana, por tener en su interior moléculas de material genético que proporcionan la información necesaria para producir todos los componentes celulares y multiplicarse para dar lugar a otra célula.
La principal tarea importante para los biólogos evolutivos es la demostración de la evolución de dos aspectos fundamentales para la vida celular:
- ¿Cómo se formó el mecanismo para la autorreplicación de moléculas como el ácido desoxirribonucleico (ADN, material genético)?
- ¿Cómo surgieron las membranas celulares para separar del medioambiente el metabolismo en formación de las primeras células?
Ambas cuestiones permanecen abiertas hoy en día, pues los biólogos evolutivos solo han realizado algunas inferencias al respecto, sin éxito alguno desde el punto de vista de la demostración experimental.
¿Cómo se originaron las células?
Las teorías más aceptadas proponen que el comienzo de la evolución celular se dio con el origen de las moléculas de tipo ácido nucleico capaces de replicarse (ADN y ARN).
Estas hipótesis, en conjunto conocidas como el “mundo de ARN”, el “caldo primigenio” o el “caldo primitivo”, se fundamentan en que se han observado polímeros de ácido ribonucleico (ARN) con capacidad autocatalítica para producir nuevos fragmentos cortos ARN.
Según estas teorías, es probable que muchas veces en la tierra, a lo largo de su historia, se hayan formado ácidos ribonucleicos, nucleótidos, aminoácidos, azúcares sencillos y algunos compuestos fosfatados.
Aunque seguramente muchos de estos compuestos se degradaron sin trascender mucho más allá, actualmente se piensa que pudo haberse dado el caso de que moléculas con la capacidad de replicarse se internaran en “burbujas” de lípidos y pudieran continuar con su actividad autocatalítica a partir del “alimento” obtenido de otras moléculas que también eran encerradas en estas burbujas.
Se plantea que, posteriormente, dichas burbujas pudieron dividirse en dos debido a fuerzas de tensión superficial, manteniendo cada “hija” su actividad autocatalítica interna. La complejización de estas burbujas pudo haber implicado la capacidad de alimentarse a partir de luz solar y de algunos compuestos carbonados.
Estos procesos “precelulares” debieron haber ocurrido en la tierra a lo largo de cientos de millones de años, durante los cuales probablemente se originaron y extinguieron diferentes “protocélulas”, seleccionándose positivamente aquellas capaces de reproducirse y alimentarse eficientemente.
Así, las protocélulas resultantes de la selección natural actuando durante cientos de millones de años serían los ancestros o las formas más primitivas de las células ultra complejas y organizadas que conocemos hoy día, las que forman a todos los seres vivos.
Evolución de células procariotas
Probablemente los primeros productos del origen celular fueron las células procariotas, procariontes o bacterias, como se les conoce comúnmente; pues se cree que estas habitaron la tierra cerca de dos mil millones de años antes que todos los organismos eucariotas.
Durante esos dos mil millones de años los primeros organismos procariontes transformaron de forma continua la superficie y la atmósfera terrestres. Estos microorganismos especializaron su metabolismo para la obtención de energía a partir de los compuestos que abundaban en el planeta en ese momento.
Esta “especialización” fue posible gracias a la evolución de procesos metabólicos como la fermentación, la fotosíntesis, la fijación del nitrógeno atmosférico y la utilización del oxígeno en la respiración, etc. Estas habilidades desarrolladas por las bacterias solo fueron posibles gracias a tres procesos principales:
- La transferencia de información de un organismo a otro a través de la herencia de las moléculas de información genética: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN); lo que les permitió desarrollar copias de sí mismas a lo largo del tiempo.
- La transferencia horizontal de material genético a través de pequeñas moléculas de ADN que son conocidas como plásmidos, que les permiten a las bacterias adaptarse a condiciones adversas del medio ambiente en cortos periodos de tiempo.
- La cooperación estrecha o simbiosis que pudo haberse dado entre bacterias con diferentes características, lo que posiblemente les permitió enfrentarse a los desafíos medioambientales del entorno, que de forma independiente es muy probable que no habrían podido enfrentar.
Todas estas características, junto con la estrecha cooperación entre bacterias, fue lo que muy probablemente dio origen a las células eucariotas.
Evolución de células eucariotas
En la actualidad aún existen dudas sobre el origen de las células eucariotas. Sin embargo, la hipótesis más aceptada por los investigadores es la de la “endosimbiosis”, la cual surgió a partir del descubrimiento de las moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN) en las mitocondrias de las células eucariotas.
Con esta información, los biólogos evolutivos infirieron que los descendientes de las bacterias que vivían hace más o menos tres mil millones de años en los océanos primitivos, de alguna forma se fusionaron o engulleron a otros microorganismos.
Esto parece estar “apoyado” por las características de la división de las mitocondrias, que se reproducen directamente por fisión binaria y en momentos distintos a la división celular de las células eucariotas.
Se cree que el organismo engullido fue la primera “protomitocondria” de los eucariotas, y que le proporcionó al organismo que la engullo un sistema de eliminación de desechos y una fuente de energía proveniente del oxígeno, mientras que la “protomitocondria” ganó alimento y cobijo.
Este mecanismo de “endosimbiosis” se describe como un mecanismo evolutivo brusco, que en pocos casos pudo ocurrir de forma exitosa y permanente.
La simbiosis entre microorganismos para formar nuevos organismos de manera conjunta es, quizás, la fuerza más importante de cambio sobre la tierra y, llevándose a cabo por millones de años de forma consecutiva, pudo haber creado la gran diversidad de formas que observamos en todas las células eucariotas.
La evolución celular lleva mucho tiempo actuando; en contraste, los científicos solo tienen algunas décadas enfocados en responder las cuestiones relacionadas con este proceso y muchos son de la opinión de que es probable que antes de que termine el siglo XXI pueda llegarse a la demostración experimental de la evolución celular.
Referencias
- Gould, S. J. (1994). The evolution of life on the earth. Scientific American, 271(4), 84-91.
- Gould, S. J. (1995). ‘What is Life?’ as a Problem in History.
- Gray, M. W. (2017). Lynn Margulis and the endosymbiont hypothesis: 50 years later. Molecular biology of the cell, 28(10), 1285-1287.
- Margulis, L., & Chapman, M. J. (1998). Endosymbioses: cyclical and permanent in evolution. Trends in microbiology, 6(9), 342-345.
- Martin, W. F., Garg, S., & Zimorski, V. (2015). Endosymbiotic theories for eukaryote origin. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 370(1678), 20140330.