Sobre el origen de las mitocondrias

Una nueva hipótesis plantea que el ancestro de estas estructuras celulares era un parásito que extraía energía, en lugar de producirla.

La antigüedad de las mitocondrias, las «centrales eléctricas» de la célula, se remonta a unos dos mil millones de años. Aunque estos orgánulos encargados de producir energía se identificaron en 1800, el modo en que surgieron y se integraron en las células sigue siendo hoy objeto de debate.

El antepasado de las mitocondrias era una bacteria de vida libre que fue ingerida por otro organismo unicelular. La mayoría de los biólogos piensan que la bacteria supuso una ventaja para su anfitrión: según una hipótesis, las mitocondrias primitivas le suministraron hidrógeno para producir energía. Otros investigadores sostienen que, cuando el oxígeno atmosférico aumentó abruptamente en esa época, las células anaeróbicas se sirvieron de las bacterias para eliminar el gas, que les resultaba tóxico. Fuera como fuera, unidos vivían de manera tan armoniosa que con el tiempo se convirtieron mutuamente dependientes y establecieron una relación duradera.

Un nuevo estudio realizado por Martin Wu y Zhang Wang en la Universidad de Virginia plantea la posibilidad de que el antepasado de las mitocondrias era en realidad un parásito. Su afirmación se sustenta en la construcción reciente del árbol evolutivo de las mitocondrias, que resuelve las relaciones ancestrales entre los orgánulos y sus parientes bacterianos vivos más cercanos a partir del análisis genómico. Los datos del ADN hicieron deducir a Wu que las mitocondrias pertenecían a un orden de bacterias patógenas y parásitas llamadas rickettsiales, o rickettsias, y que evolucionaron a partir de un antepasado que producía una proteína que «robaba» energía. En algún momento, este antecesor parasitario perdió el gen responsable de esa proteína y adquirió otro que permitía abastecer de energía a su huésped, como hacen hoy las mitocondrias.

Sin embargo, hay expertos que discrepan de las conclusiones del estudio. Dennis Searcy, que investiga el origen de las mitocondrias en la Universidad de Massachusetts Amherst, piensa que los autores interpretaron erróneamente el árbol evolutivo al decidir que las mitocondrias descienden de las rickettsias. Tal error restaría validez a sus resultados. Y Michael Gray, que investiga la evolución de las mitocondrias en la Universidad de Dalhousie en Nueva Escocia, cree que la rápida evolución del orgánulo impide saber con certeza la rama del árbol en la que se incorporaron los antiguos microorganismos de vida libre.

Wu sostiene que el estudio redujo al mínimo posible los errores, aunque al mismo tiempo reconoce que se necesitan mejores modelos para determinar con seguridad las relaciones evolutivas, ya que el árbol presenta todavía grandes lagunas.

División del trabajo en los neandertales

Las estrías en los dientes femeninos y masculinos de los adultos hacen pensar que realizaban tareas distintas según el sexo.

Las comunidades neandertales dividían algunas de sus tareas en función del sexo. Esta es una de las principales conclusiones a las que ha llegado un estudio elaborado por investigadores del Museo Nacional de Ciencias Naturales, del CSIC, tras examinar los dientes fósiles de varios individuos y observar diferencias en el desgaste dental causado por sus actividades cotidianas.

Todos los individuos neandertales, independientemente de la edad, presentaban unas estrías dentarias culturales, no relacionadas con la masticación sino con su modo de vida. «Esto se debe a la costumbre de estas sociedades, como ocurre en algunos pueblos actuales, de usar la boca como una tercera mano en tareas como la preparación de las pieles y el troceado de carne», explica Antonio Rosas, uno de los autores del estudio.

En el trabajo se analizaron 99 dientes incisivos y caninos de 19 individuos de tres yacimientos (El Sidrón en Asturias, L'Hortus en Francia y Spy en Bélgica) y se descubrió que las estrías dentales presentes en los fósiles femeninos seguían un mismo patrón, diferente al hallado en los individuos masculinos.

En concreto, las estrías identificadas en las piezas dentales de las mujeres eran más largas que las observadas en los hombres, por lo que los investigadores suponen que las tareas que realizaban unas y otros eran diferentes.

Otra de las variables analizadas fueron los pequeños desconchones del esmalte dentario. Los individuos masculinos presentaban mayor cantidad de mellas en el esmalte y la dentina de las piezas superiores, mientras que en los femeninos estas imperfecciones aparecían en las inferiores.

No está claro aún qué actividades correspondían a las mujeres y cuáles a los hombres. Sin embargo, los autores apuntan que, al igual que en las sociedades cazadoras recolectoras modernas, las mujeres podrían haberse encargado de la preparación de las pieles y la elaboración de las vestimentas. El retoque de los filos de las herramientas de piedra, explican, parece haber sido una tarea masculina.

«A pesar de todo, creemos que la especialización del trabajo según el sexo de los individuos probablemente se limitase a unas pocas tareas, ya que es posible que tanto hombres como mujeres participasen de igual manera en la caza de grandes animales», añade la otra autora del estudio, Almudena Estalrrich.

«El estudio de los neandertales ha aportado numerosos descubrimientos en los últimos años. Hemos pasado de pensar en ellos como seres poco evolucionados, a saber que cuidaban a los enfermos, enterraban a sus muertos, comían marisco e, incluso, tenían características físicas distintas a las esperadas: los había pelirrojos, y de tez y ojos claros. Hasta ahora pensábamos que la división sexual del trabajo era típica de las sociedades de Homo sapiens, pero parece que no era así», concluye el investigador del CSIC.

La vida en la Tierra ya existía hace 3,2 mil millones de años

Organismos unicelulares se alimentaban del nitrógeno atmosférico cuando nuestro planeta tenía tan solo unos 1,3 mil millones años.

En la Tierra, la vida puede existir sin oxígeno, pero no sin nitrógeno, un elemento necesario para construir los genes de virus, bacterias y otras formas de vida primitiva. Hasta la fecha, se pensaba que estos organismos empezaron a utilizarlo hace unos 2 mil millones de años. Pero ahora, un grupo de investigadores liderado por Eva Stüeken, de la Universidad de Washington, afirma que, hace 3,2 mil millones de años, ciertos seres vivientes ya absorbían y metabolizaban el nitrógeno atmosférico. Sus resultados se publicaron en fecha reciente en la revista Nature.

«La mayoría de los científicos cree que la biosfera terrestre se formó a partir del proceso de fijación del nitrógeno», afirma Roger Buick, de la Universidad de Washington y coautor del estudio. «Nuestro trabajo demuestra que, en los primeros mil millones de años de vida de la Tierra, ya existía un sistema formado por seres vivos con amplia diversidad».

Los investigadores analizaron 52 muestras de rocas con edades comprendidas entre 2,75 y 3,2 mil millones de años, recogidas en los sedimentos depositados en los márgenes continentales de Sudáfrica y del noroeste de Australia, las más antiguas y mejor conservadas del planeta. Su origen sería anterior a la aparición del oxígeno en la atmósfera terrestre (hace entre 2,3 y 2,4 mil millones de años), por lo que preservarían los marcadores químicos que ya no se observan en los minerales actuales.

De hecho, en las rocas más antiguas, de 3,2 mil millones de años de edad, Stüeken y sus colaboradores observaron indicios de que la vida se alimentaba del nitrógeno atmosférico. En ellas el nitrógeno presenta una firma isotópica (relación entre las concentraciones de N¹⁵ y N¹⁴) acorde con la de las enzimas fijadoras de este elemento químico en los organismos unicelulares y no coincide con ningún proceso abiótico, lo que sugiere un origen biológico. El análisis genético de dichas enzimas fijadoras del nitrógeno había demostrado que aparecieron en la Tierra hace entre 1,5 y 2,2 mil millones de años. «Estos resultados las echan otros mil millones de años atrás», señala Buick.

Por fijación de nitrógeno se entiende la ruptura del triple enlace que une dos átomos que forman el gas molecular (N₂) presente en la atmósfera, por lo que cada uno de ellos se combina con el hidrógeno para formar amonio (NH₄⁺), a partir del cual los microorganismos sintetizan los aminoácidos, los ladrillos de la vida. La huella química hallada por Stüeken y sus colaboradores en las rocas de Sudáfrica y Australia sugiere que el nitrógeno fue fijado gracias a una enzima nitrogenasa basada en el molibdeno, la más común de las tres de este tipo existentes hoy en día. Por su parte, la presencia del molibdeno se debe a la reacción del oxígeno con ciertos minerales, que liberaron este elemento químico en el océano, aunque la época de su aparición en la Tierra sigue siendo una incógnita.

Los investigadores creen ahora que sus resultados representan una prueba adicional de que la vida emergió en forma de bacterias o protozoos, los cuales serían los responsables de producir el oxígeno que, a su vez, provocó una presencia cada vez más abundante de molibdeno en los mares primitivos, en dónde era utilizado precisamente como catalizador.

«Nunca encontraremos muestras de estos organismos unicelulares que poblaban el planeta en su fase primordial, pero sí pruebas indirectas», señala Buick. «Los microbios podrían haber sido arrastrados fuera del océano y haber vivido en una capa de limo en las rocas terrestres, incluso antes de hace 3,2 mil millones de años».