Descubren una nueva forma de vida nacida de la fusión de una bacteria y un alga

Los científicos han descubierto un tercer episodio evolutivo de endosimbiosis primaria, que solo había ocurrido dos veces en la historia de la Tierra. Representa una nueva etapa en la evolución de las formas de vida que tendrá aplicaciones de bioingeniería.

En un hito sin precedentes en la biología evolutiva, un equipo de científicos ha sido testigo de la fusión de algas marinas y bacterias en un solo organismo, un fenómeno conocido como endosimbiosis primaria.

Una bacteria gigante muestra un metabolismo desconocido

Este descubrimiento, que se detalla en sendos estudios publicados en las revistas "Cell" y "Science", podría representar una nueva etapa en la evolución de las formas de vida en la Tierra.

La endosimbiosis primaria es un proceso complejo y excepcionalmente raro en el que un organismo vive dentro de otro, beneficiándose mutuamente. Este evento ha ocurrido muy pocas veces en la historia de nuestro planeta, pero cada caso ha sido un punto de inflexión en la vida tal como la conocemos.

Tres momentos

El primer evento de endosimbiosis ocurrió hace 2.200 millones de años, cuando una arquea absorbió una bacteria para integrarla en su arsenal metabólico convirtiéndola en mitocondria. Esta etapa constituyó una fase importante en la evolución de todos los organismos de la Tierra, que permitió evolucionar hacia formas más complejas.

La segunda endosimbiosis primaria conocida ocurrió hace 1.600 millones de años, cuando los organismos unicelulares absorbieron cianobacterias capaces de convertir la luz en energía (fotosíntesis). Estas bacterias se convirtieron en los cloroplastos que las plantas de clorofila todavía utilizan hasta el día de hoy para convertir la luz solar en energía.

Tercera vez

Ahora, por tercera vez en la historia, los científicos han observado en laboratorio cómo un tipo de alga marina engullía a una bacteria. En lugar de vivir separadas, las bacterias comenzaron a vivir dentro de las algas, transformándose en un órgano interno u orgánulo que ha sido denominado nitroplasto. Los investigadores estiman que los nitroplastos evolucionaron hace unos 100 millones de años.

Este nitriplasto, que se encuentra en una alga marina llamada Braarudosphaera bigelowii, desafía la creencia tradicional de que solo las bacterias pueden convertir el nitrógeno atmosférico en una forma utilizable para la vida.

También se ha revelado como un orgánulo que evolucionó a partir de una simbiosis entre una célula procariota y una eucariota, desafiando asimismo la comprensión convencional sobre el origen de los orgánulos.

El tamaño importa

El descubrimiento del nitroplasto también ha revelado una relación de tamaño entre el nitroplasto y sus células huésped, que es consistente con las relaciones de tamaño entre otros orgánulos y sus huéspedes.

A medida que los orgánulos crecen, también lo hacen sus células huésped, dividiéndose y replicándose eventualmente.

La modelización matemática ha revelado por último los compromisos metabólicos que regulan el tamaño relativo de la célula a través de la adquisición y el intercambio de nutrientes.

Biología sintética

Esta integración de una bacteria en algas como potencial nuevo orgánulo marca un importante avance científico en biología sintética, según los autores de ambos estudios.

Si el último evento similar de endosimbiosis primaria condujo a la creación de cloroplastos, que permitieron a las plantas utilizar la luz solar para producir alimento, este nuevo descubrimiento podría tener un impacto biológico similar.

La fusión de algas y bacterias en un solo organismo abre un nuevo capítulo en la biología evolutiva que ofrece emocionantes posibilidades para futuros desarrollos en bioingeniería, según los investigadores.

Aplicaciones prometedoras

Particularmente, este descubrimiento tiene implicaciones significativas en la agricultura y los ecosistemas oceánicos.

La capacidad potencial de este orgánulo para influir en la fijación natural de nitrógeno podría revolucionar las prácticas agrícolas: se investiga el potencial de ingeniería de orgánulos fijadores de nitrógeno en plantas de cultivo para reducir la necesidad de fertilizantes nitrogenados sintéticos y minimizar el daño ambiental.

A pesar de este avance, aún quedan preguntas sin respuesta, lo que deja espacio para futuras investigaciones y descubrimientos también en el campo de la biología celular.

Referencias

Metabolic trade-offs constrain the cell size ratio in a nitrogen-fixing symbiosis. Francisco M Cornejo-Castillo et al. Cell. 2024 Mar 28;187(7):1762-1768.e9. DOI:10.1016/j.cell.2024.02.016.

Nitrogen-fixing organelle in a marine alga. Tyler H. Coale el al. Science, 11 Apr 2024, Vol 384, Issue 6692, pp. 217-222. DOI:10.1126/science.adk1075