Estimad@s Clientes y/o amantes de LEAN:
El vocabulario clásico del darwinismo habla de lucha,
competencia como motor de la evolución de las especies y de mutaciones aleatorias
del ADN como base de los saltos evolutivos
La simbiogénesis se basa en algo totalmente diferente: habla
de cooperación entre organismos distintos, trabajando juntos para producir
grandes saltos evolutivos, y, lo que es todavía más sorprendente, que el
decisivo avance de la evolución ( la capacidad de producir compuestos orgánicos,
o sea alimento, a partir de inorgánicos, mucho más abundantes, sacando la
energía del sol ) se lo debemos a unas cuantas bacterias “trabajando en equipo”
La Simbiogénesis
La teoría de la
simbiogénesis resulta revolucionaria y atractiva por muchos motivos, entre
otros porque coloca la cooperación entre organismos distintos en el centro del
proceso evolutivo. Para quienes han estudiado la evolución en la enseñanza
secundaria, la palabra que siempre aparece al referirse al darwinismo es la de
"lucha", y si no "competencia"; en parte se debe a los
términos elegidos para exponer las versiones más simplistas de la teoría de la
evolución. Quizás la resistencia a la teoría de la simbiogénesis tiene que ver
con la necesidad de un cambio de vocabulario.
(Mujeres en Biología: Lynn Margulis. Universidad
de Zaragoza)
Lynn Margulis fue una destacada bióloga estadounidense,
considerada una de las principales figuras en el campo de la evolución biológica, respecto al origen de
las células eucariotas.3 5 6 Licenciada
en ciencias por la Universidad de Chicago, máster en
la Universidad de Wisconsin-Madison y doctora por
la Universidad de California en
Berkeley,7 fue
miembro de la Academia Nacional de
Ciencias de Estados Unidos desde 1983 y de
la Academia Rusa de las Ciencias.
En 2008 recibió
la Medalla Darwin-Wallace. En 2011 fue nombrada
profesora distinguida del Departamento de Geociencias de la Universidad de Massachusetts
Amherst.8
En 1883, el biólogo alemán Andreas Schimper propuso que la
capacidad fotosintética de las células vegetales podía proceder de cianobacterias aun
presentes en la naturaleza y con iguales capacidades.
A principios del siglo XX, en 1909, el ruso Kostantin S. Mereschovky presentó la
hipótesis según la cual el origen de los cloroplastos tendría su origen en
procesos simbióticos.2728 29 Merezhkovsky
llegó a proponer que el núcleo de las células eucariotas tuvo su origen en una
bacteria
Endosimbosis seriada
La teoría endosimbiótica seriada fue formulada por Margulis
en 1967 y describe el paso de las células procariotas (células bacterianas, no
nucleadas) a las células eucariotas (células nucleadas
constituyentes de los procariontes y componentes de todos los pluricelulares)
mediante incorporaciones simbiogenéticas.
Margulis describió este paso en una serie de tres
incorporaciones simbiogenéticas mediante las cuales, por la unión
simbiogenética de bacterias, se originaron las células eucariotas que conforman
a los individuos de los otros cuatro reinos (protistas, animales, hongos y plantas).
Esta teoría, contestada en el momento de su formulación, hoy
se considera probada en sus tres cuartas partes (se aceptan como integrantes de
la nueva célula tres de los cuatro simbiontes propuestos por Margulis).34
Teoría simbiogénetica
En la formulación de la teoría simbiogénetica, Margulis
consideró además que, al igual que las eucariotas surgieron como consecuencia
de la interacción simbiogenetica de
varias procariotas (bacterias), muchas de las características de los organismos
y su especiación serían también el resultado de parecidas interacciones
simbigenéticas en las cuales se produjo una transferencia genética horizontal;
defendiendo que la simbiogénesis sería la principal fuente de novedad
biológica. Esta teoría contradice abiertamente la actual teoría de la síntesis evolutiva moderna, actualmente
aceptada como válida por la comunidad científica para explicar la evolución de
la vida. Margulis objetó que la novedad biológica se debiera principalmente a
errores (mutaciones aleatorias)
en la replicación de ADN
En una chatarrería se encuentran todos los fragmentos y las
piezas de un Boeing 747, sueltos y desordenados. Ocurre que un tifón se abate
sobre la chatarrería. ¿Cuál es la probabilidad de que después encontremos un
747 totalmente ensamblado y listo para volar? Es tan pequeña que resulta
despreciable, incluso en el caso de que el tifón soplara en tantas chatarrerías
que llenasen por completo el Universo.
(Fred Hoyle, El universo inteligente.)
Los cloroplastos
Los cloroplatos son orgánulos generalmente grandes (1 a
10 micras) que están presentes en las células de las plantas. Una célula
de una hoja puede tener de 20 a 100 cloroplastos. Su forma es variable, desde
esférica o elíptica a mucho más compleja. Los cloroplastos forman parte de
un conjunto de orgánulos denominados platidios o plastos. Los plastidios
poseen en su interior ADN, el cual ha mantenido unos 250
genes derivados de su ancestro bacteriano, los cuales codifican
para ARN ribosómico, ARN de transferencia y para ARN mensajero. Este
último se traducirá en proteínas para la división, y para la realización de la
fotosíntesis en el caso de los cloroplastos
NOTA CLAVE:
Ahí andan, dentro de los cloroplastos, unos 250 genes
que vienen de nuestros ancestros, unas cuantas bacterias trabajando juntas
La fotosíntesis
La principal misión de los cloroplastos es la
conversión de la energía electromagnética de la luz en energía de enlaces
químicos gracias principalmente a la clorofila, a la ATP
sintasa y a la ribulosa bifosfato carboxilasa/oxigenasa (RUBISCO). La
fotosíntesis consta de dos partes: una fase luminosa en la que se
transforma la energía luminosa en un gradiente de protones, que se utilizará
para la síntesis ATP y para la producción de NADPH, y una fase
oscura (no necesita directamente a la luz, pero sí los productos generados
en la fase luminosa de la fotosíntesis) en la que se produce la fijación del CO2 en
forma de azúcares fosfatados con tres átomos de carbono. Esta reacción es
llevada a cabo por la RUBISCO. La primera fase de la fotosíntesis ocurre
en la membrana del tilacoide y la segunda en el estroma.
Esquema resumido de las moléculas que participan en la fase
luminosa de la fotosíntesis. Todas están asociadas a la membrana de los
tilacoides. Los protones se bombean al interior del tilacoide, mientras que el
ATP y NADPH quedan en el estroma del cloroplasto. La rotura del agua contribuye
al gradiente de protones al liberar 4 protones en el interior del tilacoide.
Brevemente podemos describir la fotosíntesis con los
siguientes pasos:
a) El complejo del fotosistema II rompe 2
moléculas de agua produciendo 1 molécula de O2 y 4 protones.
Esta reacción libera 4 electrones que al llegar, por una serie de
pasos, hasta las clorofilas localizadas en este complejo, desplazan a
otros electrones que habían sido previamente excitados por la luz y liberados
desde el fotosistema II.
b) Estos electrones liberados pasan a
una plastoquinona que los cederá al citocromo b6/f, el cual, con
la energía de los electrones captados, introduce 4 protones en el interior
del tilacoide.
c) El complejo citocromo b6/f cede entonces los electrones a
una plastocianina, y ésta al complejo fotosistema I, que gracias a la
energía de la luz que captan sus clorofilas eleva de nuevo la energía de los
electrones. Asociada a este complejo está la ferredoxina-NADP+ reductasa,
la cual convierte NADP+ en NADPH, que queda en el
estroma. Los protones incorporados en el interior del tilacoide y los del
estroma forman un gradiente capaz de producir ATP gracias a la ATP
sintasa, cuyo centro catalítico está orientado hacia el estroma. Tanto el
NADPH como el ATP serán utilizados en el ciclo de Calvin, que es una ruta
metabólica en la que se fija el CO2 por la
RUBISCO, la cual produce moléculas de fosfoglicerato a partir
ribulosa 1,5-bifosfato y de CO2
Los diez pasos evolutivos más relevantes
La evolución de las especies a lo largo de su historia ha
permitido la aparición de cualidades impresionantes a los seres vivos. En este
post me gustaría repasar los que creo son los 10 cambios más relevantes que han
ocurrido en la historia de la vida en la Tierra desde que aparecieron los
primeros seres vivos. Evidentemente estos pasos fueron todos muy graduales y es
difícil acotarlos en “un paso”. La lista está ordenada por orden cronológico de
aparición partiendo de los primeros seres replicantes cuyas características
concretas sólo podemos especular actualmente:
1-La fidelidad en la copia del DNA
Una bacteria actual comete un
error en la copia del DNA cada 10E10 generaciones aproximadamente. Este
ratio entre mutaciones y fidelidad permite adaptaciones pero limitando
acumular grandes errores rápidamente que acabarían con la especie. La
principal artífice de esta maravilla evolutiva se llama DNA polimerasa que por
si sola es capaz de copiar fielmente varios miles de bases de DNA antes
de cometer un error. Las versiones más avanzadas y que aparecieron más tarde en
la evolución de los eucariotas tienen además mecanismos de revisión para
minimizar los errores cometidos. Su necesidad para la vida es tal que no
existen seres vivos que carezcan de este mecanismo. Sólo
algunos virus como el HIV que a cambio utilizan la perfecta maquinaria
celular.
Flagelo bacteriano
De esperar a que la comida llegue, a ir a p0r ella. Este uno
de los cambios principales cambios que supuso el flagelo. Aunque anteriormente
las bacterias desarrollaron pequeños filamentos (cilios) que permitían cierto
movimiento lo cierto es que estás estaban totalmente sometidas a las fuerzas
que gobiernan el movimiento browniano: Imaginad que estáis dentro de
una piscina llena de canicas que se propulsan a toda velocidad en todas
direcciones. El flagelo suponía además una mejora en la capacidad de
colonizar nuevos y lejanos ambientes o de escapar de circunstanrcias adversas.
Puedes ver un vídeo sobre
la evolución del flagelo aquí donde se postula su aparición a partir
de un organulo destinado a la sujeción.
2-El fotorreceptor
Y se hizo la luz. La capacidad de reconocer la luz suponía
inicialmente acceso a alimento (la síntesis de muchos compuestos orgánicos es
catalizada por la luz) y una guía para el movimiento (define arriba y abajo).
Sin embargo este pequeño avance sembraría la semilla para dos futuros
mecanismos de gran relevancia: la fotosíntesis y la visión. Los fotorreceptores
se basan en pigmentos capaces de excitarse con la luz y de transmitir dicho
estado excitado a alguna proteína.
3-La fotosíntesis
¿Quién necesita comida cuando puedes fabricarla? Este es
quizás el salto evolutivo más impresionante: la capacidad de
producir compuestos orgánicos a partir de inorgánicos, mucho más abundantes.
Estas reacciones requieren de gran energía que los seres vivos obtienen del
calor, degradación de otros compuestos orgánicos/ inorgánicos o de la luz.
Podéis leer algo más sobre la fotosíntesis en
este otro post que escribí. La fotosíntesis no podría ser posible sin los
fotorreceptores que además probablemente coevolucionaron con la mejora del
flagelo. Ninguno de estos “castillos de naipes” habria aguantado sin la
fidelidad en la copia del DNA.
4-El ciclo de Krebs y la respiración oxidativa
La fotosíntesis trajo consigo una nueva época de
problemas u oportunidades según se mire. El principal deshecho de la
fotosíntesis es el oxígeno. Una molécula que ahora nos parece inocua pero que
cuando apareció era como vivir en un mar de arsénico. El oxígeno tiene
la capacidad de oxidar el DNA y las proteínas e interfería en muchas de las
reacciones necesarias para las bacterias de la época. La aparición del
oxígeno atmosférico probablemente fue un proceso rápido que acabo de un plumazo
con la mayoría de las especies. Algunas especies (entre ellas las productoras
de oxígeno) desarrollaron mecanismos para inactivar el oxígeno, entre estos
mecanismos encontramos la utilización de electrones y protones que reaccionan
con el oxígeno produciendo agua. Curiosamente se pueden obtener electrones como
productos de deshecho del metabolismo de compuestos orgánicos. La sofisticación
del metabolismo de los azucares en el denominado ciclo de Krebs junto a un
complejo sistema de transporte de electrones permitió aprovechar al máximo la
energía de los compuestos orgánicos.
5-La célula eucariota
La complejidad de la aparición de la vida es el único hecho
comparable a la aparición de la célula eucariota. Se ha especulado que los eucariotas
provienen de la simbiosis de varios tipos bacterianos, hipótesis que
cobra fuerza con los análisis genéticos. En cualquier caso la aparición de
células con núcleo definido y orgánulos es una gran caja negra. Uno de los
procesos evolutivos más interesantes que nos quedan por descifrar. El gran
avance de la célula eucariota puede describirse con algo tan simple como la
compartimentalización. Cada cosa en su rincón. Muchas de las
reacciones químicas celulares requieren un ambiente muy específico incompatible
con otras reacciones.
6-La especialización celular
El hijo favorito. Una célula se divide en dos pero no deja
lo mismo en cada célula hija: una contiene más deshechos que otra, diferente
concentración de proteínas o le falta algún componente. Estos podrían haber
sido los antecedentes de la especialización celular. Ocurre actualmente en
bacterias, levaduras o algunas algas unicelulares y que en algunos casos
viven en colonias, donde
algunos individuos se especializan en ciertas funciones en función de
su localización dentro de la colonia. La especialización supone una mayor
eficiencia. De allí hasta células como las neuronas o los glóbulos blancos
quedaría aun un buen trecho.
7-La reproducción sexual
¡Qué sería de nosotros sin el sexo! Se ha sugerido que la
reproducción sexual permite una rápida adaptación de las especies al eliminar
rápidamente las mutaciones perniciosas y esparcir las beneficiosas. Su
aparición podría estar relacionada con virus y otros parasitos o bien como un
resultado colateral de la estrategia de duplicar el genoma para reducir los
efectos de las mutaciones. En cualquier caso los seres vivos con reproducción
sexual se han diversificado y adquirido una complejidad que ningún ser asexual
puede superar.
8-El desarrollo embrionario
“Nada
de lo que te ocurra en la vida te marcará tanto como la gastrulación“. Las
instrucciones para formar un cuerpo de forma progresiva y ordenada supusieron
el salto entre un mundo de medusas y gusanos al actual. Instrucciones que se
encuentran agrupadas en bloques o paquetes genéticos que permiten gran
adaptabilidad. Un paso a destacar en el desarrollo embrionario es la gastrulación, que
consiste en la invaginación de una capa de células del embrión. Así, a primera
vista no parece tan importante pero su aparición supuso la
especialización en 3D, como ocurre en la mayoría de animales como nosotros
frente a la especialización en 2D que ocurre en los gusanos.
9-El sistema nervioso y el cerebro
Mucho antes de la aparición del sistema nervioso las células
se comunicaban solamente mediante contactos con su célula vecina y la emisión
de señales, como hormonas. En mi opinión el salto no está tanto en la formación
de una red para hacer llegar las señales más rápido sino en una centralización
de las señales, que a largo plazo supondría la aparición del cerebro.
El estudio de las redes neuronales ha avanzado considerablemente en los últimos
años gracias a los estudios en varios animales modelo, especialmente en el
gusano C. elegans, del
que conocemos la red que forman sus 302 neuronas.
10-La percepción del individuo
Hasta hace unos pocos años se creía que sólo los primates
superiores teníamos esta capacidad. Sin embargo varios estudios demuestran que
otros mamíferos como
el elefante o el delfín, e incluso aves como la urraca poseen dicha habilidad.
Se ha especulado que esta capacidad es la precursora de la aparición de lo que
llamamos el yo y del pensamiento racional. Si bien este último
merecería una escala entera por sí mismo.
Que disfrutéis cada hora del fin de
semana
Un cordial saludo
Alvaro Ballesteros
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