Arqueología molecular con un superordenador: así han reconstruido en Barcelona el origen de nuestras células 2.000 millones de años después
Se ha utilizado el supercomputador MareNostrum para reconstruir el ancestro común de todas las células complejas.
¿Cómo surgieron las células que forman nuestro cuerpo? ¿De dónde proceden las células de animales, plantas, hongos y algas? Es una de las preguntas más profundas de la biología y también una de las más difíciles de responder, porque ocurrió hace unos 2.000 millones de años, mucho antes de que existieran organismos complejos y cuando la Tierra estaba dominada por microorganismos.
Ahora, un equipo liderado por el investigador Toni Gabaldón en el Barcelona Supercomputing Center y el IRB Barcelona ha conseguido reconstruir parte de aquella historia utilizando una herramienta muy distinta a las excavaciones arqueológicas: el superordenador MareNostrum 5.
El resultado, publicado en la prestigiosa revista Nature, cuestiona una de las teorías más aceptadas sobre el origen de las células complejas y sugiere que nuestra evolución fue mucho más coral, gradual y diversa de lo que se pensaba.
La historia no fue solo una arquea y una bacteria
Durante décadas, la explicación dominante sostenía que las células eucariotas —las que forman animales, plantas y hongos— nacieron cuando una arquea incorporó una bacteria en su interior.
Aquella bacteria acabaría convirtiéndose en la mitocondria, la estructura celular encargada de producir energía.
La llamada teoría endosimbiótica sigue siendo válida y continúa ocupando un lugar central en la evolución de la vida. Sin embargo, el nuevo trabajo indica que esa historia está incompleta.
Según los investigadores, además de la bacteria que dio origen a la mitocondria, otros microorganismos también dejaron una huella genética importante en el ancestro común de todos los eucariotas.
"Durante mucho tiempo hemos explicado el origen de las células complejas como una historia con dos grandes protagonistas. Nuestro estudio sugiere que hubo más actores en escena", explica Gabaldón en la nota de prensa sobre la publicación en Nature.
Buscar fósiles en el ADN
El gran desafío era reconstruir un episodio ocurrido hace 2.000 millones de años sin disponer prácticamente de fósiles. Para hacerlo, los investigadores recurrieron a lo que denominan arqueología molecular computacional. En lugar de excavar rocas, analizaron genomas.
Durante más de cinco años utilizaron la enorme capacidad de cálculo de MareNostrum para estudiar miles de millones de datos procedentes de organismos actuales. Su objetivo era reconstruir el llamado LECA, siglas de Last Eukaryotic Common Ancestor, el último ancestro común de todos los organismos eucariotas.
Ese ancestro es el antepasado remoto de animales, plantas, hongos, algas, protistas, y, por supuesto, los seres humanos.
A partir de las familias de genes presentes en ese ancestro, los investigadores rastrearon su posible origen comparándolas con decenas de miles de genomas de bacterias, arqueas y virus.
Más bacterias de las que se pensaba
El análisis reveló la presencia de señales genéticas procedentes de grupos bacterianos que tradicionalmente no se habían considerado protagonistas en esta historia evolutiva.
Entre ellos destacan la Myxococcota y la Planctomycetota. Las primeras parecen estar relacionadas con funciones metabólicas y con procesos vinculados a membranas celulares y lípidos.
Las segundas son especialmente interesantes porque presentan estructuras internas sorprendentemente complejas para una bacteria. Los investigadores creen que estas contribuciones no ocurrieron al mismo tiempo, sino a lo largo de millones de años mediante sucesivas interacciones entre microorganismos.
El papel inesperado de los virus gigantes
Uno de los hallazgos más sorprendentes del estudio tiene que ver con los virus. Concretamente, con los llamados Nucleocytoviricota, conocidos popularmente como virus gigantes.
A diferencia de los virus convencionales, estos organismos poseen genomas extraordinariamente grandes y complejos. El trabajo sugiere que algunos genes presentes en los primeros eucariotas podrían proceder precisamente de estos virus.
Los científicos plantean una hipótesis fascinante: los virus gigantes habrían actuado como vehículos de intercambio genético entre distintos microorganismos, acelerando la transferencia de capacidades biológicas que terminarían incorporándose al genoma ancestral.
Un ecosistema microbiano mucho más complejo
La nueva reconstrucción apunta a que los primeros eucariotas surgieron en comunidades microbianas extraordinariamente dinámicas.
Los investigadores creen que aquellos microorganismos convivían en ecosistemas similares a los actuales tapetes microbianos, donde distintas especies viven estrechamente conectadas e intercambian materiales genéticos de forma continua.
En ese contexto, la evolución no habría sido el resultado de una única gran alianza entre dos organismos, sino de una larga sucesión de interacciones biológicas. Una especie de red evolutiva que duró millones de años.
Una nueva visión sobre nuestros orígenes
El estudio culmina una línea de investigación iniciada por el propio Gabaldón hace una década. Ya en 2016 había propuesto que la incorporación de la mitocondria pudo producirse más tarde de lo que sugerían los modelos clásicos.
Ahora, gracias a la explosión de datos genómicos disponibles y a la capacidad de cálculo de MareNostrum, el equipo ha podido reconstruir una imagen mucho más detallada de aquel proceso.
La conclusión principal es que el origen de las células complejas fue menos simple y más colectivo de lo que se creía. Y eso tiene implicaciones que van mucho más allá de la biología evolutiva.
Porque entender cómo surgieron las células que dieron origen a toda la vida compleja significa responder una de las preguntas más antiguas de la humanidad: cómo empezó la historia biológica que, miles de millones de años después, acabaría conduciendo a nuestra propia existencia.