Arrojar luz sobre el origen de las formas de vida complejas
Los investigadores cultivan el microorganismo del "eslabón perdido
¿Cómo surgieron los organismos complejos de la Tierra? Esta es una de las grandes preguntas abiertas de la biología. Una colaboración entre los grupos de trabajo de Christa Schleper, de la Universidad de Viena, y Martin Pilhofer, de la ETH de Zúrich, ha dado un paso más hacia la respuesta. Los investigadores han conseguido cultivar una arquea especial y caracterizarla con mayor precisión mediante métodos microscópicos. Este miembro de la arquea Asgard presenta características celulares únicas y podría representar un "eslabón perdido" evolutivo hacia formas de vida más complejas como los animales y las plantas. El estudio se publicó en la revista "Nature".
La tomografía crioelectrónica ha permitido conocer la estructura celular de una arquea Asgard recién cultivada. Destacan los extensos filamentos del citoesqueleto de actina (naranja) en los cuerpos y protuberancias celulares, así como la singular envoltura celular (azul).
© Margot Riggi, The Animation Lab, University of Utah
Todas las formas de vida en la Tierra se dividen en tres grandes dominios: eucariotas, bacterias y arqueas. Los eucariotas incluyen los grupos de animales, plantas y hongos. Sus células suelen ser mucho más grandes y, a primera vista, más complejas que las de las bacterias y las arqueas. El material genético de los eucariotas, por ejemplo, está empaquetado en un núcleo celular y las células también tienen un gran número de otros compartimentos. La forma celular y el transporte dentro de la célula eucariota también se basan en un extenso citoesqueleto. Pero, ¿cómo se produjo el salto evolutivo a células eucariotas tan complejas?
La mayoría de los modelos actuales suponen que las arqueas y las bacterias desempeñaron un papel central en la evolución de los eucariotas. Se cree que una célula primordial eucariota evolucionó a partir de una estrecha simbiosis entre arqueas y bacterias hace unos dos mil millones de años. En 2015, estudios genómicos de muestras ambientales de aguas profundas descubrieron el grupo de las llamadas "arqueas Asgard", que en el árbol de la vida representan los parientes más cercanos de los eucariotas. Las primeras imágenes de células Asgard se publicaron en 2020 a partir de cultivos de enriquecimiento realizados por un grupo japonés.
Archaea Asgard cultivada a partir de sedimentos marinos
El grupo de trabajo de Christa Schleper, de la Universidad de Viena, ha logrado cultivar por primera vez un representante de este grupo en concentraciones más elevadas. Procede de sedimentos marinos de la costa de Piran (Eslovenia), pero también habita en Viena, por ejemplo en los sedimentos de las orillas del Danubio. Gracias a su crecimiento a altas densidades celulares, este representante puede estudiarse especialmente bien. "Fue muy complicado y laborioso obtener este organismo extremadamente sensible en un cultivo estable en el laboratorio", informa Thiago Rodrigues-Oliveira, postdoc del grupo de trabajo Archaea de la Universidad de Viena y uno de los primeros autores del estudio.
Las arqueas Asgard tienen una forma celular compleja con un amplio citoesqueleto
El notable éxito del grupo vienés a la hora de cultivar un representante de Asgard altamente enriquecido permitió finalmente un examen más detallado de las células mediante microscopía. Los investigadores de la ETH del grupo de Martin Pilhofer utilizaron un moderno criomicroscopio electrónico para tomar imágenes de las células congeladas por choque. "Este método permite una visión tridimensional de las estructuras celulares internas", explica Pilhofer. "Las células están formadas por cuerpos celulares redondos con prolongaciones celulares finas, a veces muy largas. Estas estructuras en forma de tentáculo a veces parecen incluso conectar diferentes cuerpos celulares entre sí", explica Florian Wollweber, que pasó meses siguiendo las células al microscopio. Las células también contienen una extensa red de filamentos de actina que se cree que es exclusiva de las células eucariotas. Esto sugiere que en las arqueas surgieron amplias estructuras citoesqueléticas antes de la aparición de los primeros eucariotas y alimenta las teorías evolutivas en torno a este importante y espectacular acontecimiento de la historia de la vida.
Perspectivas de futuro gracias al nuevo organismo modelo
"Nuestro nuevo organismo, llamado 'Lokiarchaeum ossiferum', tiene un gran potencial para proporcionar nuevos conocimientos revolucionarios sobre la evolución temprana de los eucariotas", comenta la microbióloga Christa Schleper. "Hemos tardado seis largos años en obtener un cultivo estable y altamente enriquecido, pero ahora podemos utilizar esta experiencia para realizar muchos estudios bioquímicos y cultivar también otras arqueas Asgard". Además, los científicos pueden utilizar ahora los nuevos métodos de obtención de imágenes desarrollados en la ETH para investigar, por ejemplo, las estrechas interacciones entre las arqueas Asgard y sus compañeras bacterianas. En el futuro también podrán estudiarse procesos biológicos celulares básicos, como la división celular, con el fin de arrojar luz sobre el origen evolutivo de estos mecanismos en los eucariotas.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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