¿Dijo Ud: "arqueas"?

MICROBIOLOGÍA

Hallado el organismo que explica el origen de toda la vida compleja en la Tierra

-Nuño Domínguez, 19 ene 2020

Tras casi 15 años de trabajo, científicos japoneses han conseguido por primera vez sacar del fondo del mar y criar en cautividad arqueas de Asgard, el misterioso organismo que puede explicar el origen de todas las formas de vida complejas de la Tierra, incluidos los humanos.

Todos los seres vivos que podemos ver a simple vista están hechos de los mismos ladrillos: células complejas con orgánulos internos llamadas eucariotas. Una persona es un conjunto de 30 billones de células eucariotas que cooperan entre sí con un objetivo común. Todas las plantas, animales y hongos son eucariotas.

En la Tierra hay otros dos grandes dominios de la vida, el de las bacterias y el de las arqueas. Estas últimas, más primitivas, sin orgánulos internos, son el dominio más misterioso e interesante, pues desde hace unos años se piensa que hace unos 2,000 millones de años una arquea se tragó a otro microbio, lo asimiló y se transformó en la primera célula compleja. Fue el primer paso hacia nosotros, y aún no se sabe cómo sucedió.

En 2015, científicos escandinavos que rastreaban las profundidades del océano descubrieron las arqueas de Loki, a las que bautizaron en honor al dios nórdico. No tenían de ellas más que su ADN, pues resultaba imposible aislar y criar en el laboratorio estos microbios que viven a más de 3,000 metros de profundidad bajo el mar. Sus genes indicaban que estas arqueas eran los parientes más cercanos de todos los eucariotas y que tenían genes esenciales para realizar funciones básicas de la vida eucariota, aunque en teoría no los necesitaban.

Desde entonces se han descubierto otras arqueas similares —Thor, Odin, Heimdal, Hel— que  manejan genes eucariotas y a las que se ha agrupado en la familia de Asgard, el hogar de los dioses vikingos. Hasta ahora nadie sabía qué aspecto tienen estos probables descendientes de nuestro primer ancestro.

En 2006, el equipo de Hiroyuki Imachi, del Instituto de Ciencia y Tecnología del Mar y la Tierra de Japón, extrajo sedimento marino de la fosa de Nankai, frente a la costa sur de la principal isla de Japón. Era un hábitat a 2,500 metros de profundidad, con dos grados de temperatura, en completa oscuridad, un territorio más hostil y desconocido que la superficie de Marte. Al analizar las muestras los científicos se dieron cuenta de que contenían arqueas de Asgard. Tenían en su mano ser los primeros en criar y observar a una de estas criaturas viva.

Durante cinco largos años intentaron que crecieran en un biorreactor, un aparato que reproduce su hábitat natural y aporta nutrientes y que funciona parecido a las máquinas de café por goteo, en palabras del propio Imachi. Después pasaron otros siete años engrosando las comunidades hasta poder aislarlas y mirarlas al microscopio. Esta semana, el científico y el resto de su equipo publica el estudio en el que relatan su éxito al haber conseguido ver por primera vez uno de estos organismos vivos. La clave, dice Imachi, ha sido dejar que las arqueas creciesen junto a otros microbios de su entorno y añadir un ingrediente inusual: leche de fórmula para bebés. "Aunque aún no lo hemos confirmado, es muy posible que estas arqueas estén usando alguno de los ingredientes de la leche en polvo para bebés como alimento", explica Imachi.

Las arqueas de Asgard miden una diezmilésima de centímetro y se reproducen muy despacio para los estándares de un microbio, más o menos una vez al mes. Lo más llamativo son sus largos tentáculos entrelazados. Los científicos aún no saben para qué los usan, pero creen que son esenciales para explicar cómo surgió la vida compleja a partir de organismos muy parecidos a estos.

Según su teoría, expuesta en Nature, el ancestro de los eucariotas era una arquea similar a la de Asgard. La vida compleja surgió siguiendo lo que ellos llaman las tres "es". Primero la arquea enredó a una bacteria con sus tentáculos, después la engulló, y por último la endogenizó, es decir, estableció con ella una relación de cooperación para intercambiarse nutrientes conocida como sintrofía. La bacteria, que hasta entonces era un organismo independiente, se transformó en una mitocondria, un orgánulo para aportar energía a su huésped. Imachi le ha dado un nuevo nombre a los organismos que sacaron de la fosa de Nankai: arquea Prometeo (Prometheoarchaeum syntrophicum), por el ser mitológico que robó el fuego —la energía— a los dioses para dárselo a los humanos. 2,000 millones de años después, las mitocondrias siguen presentes en todas las células eucariotas con idéntica función. El origen de la vida compleja fue la cooperación.

"Nadie puede retroceder 2,000 millones de años y ver qué sucedió exactamente, pero sí podemos conjeturar cómo surgimos los eucariotas a partir de los microbios y nosotros lo hemos hecho gracias al primer cultivo vivo de estas arqueas y en el conocimiento previo que teníamos del origen de los eucariotas", explica Imachi.

La hipótesis de Imachi concuerda con lo que teorizó a finales de los sesenta la bióloga Lynn Margulis, que dijo que las mitocondrias y los cloroplastos que ayudan a las plantas a alimentarse de luz, nacieron por simbiosis. En 1999, la bióloga española Purificación López-García teorizó que los eucariotas aparecieron por una alianza de sintrofía con bacterias. Los científicos japoneses han observado que las arqueas descubiertas se alimentan de aminoácidos y que para poder digerirlos establecen alianzas sintrofía con las bacterias de su entorno, que les aportan pequeñas cantidades de oxígeno. Por eso Imachi sólo fue capaz de criarlas cuando les dejó vivir y cooperar junto a sus compañeras.

Tal vez esa necesidad de oxígeno bacteriano fue mucho mayor hace 2,000 millones de años, cuando la Tierra comenzó a llenarse de este compuesto, según apuntan Christa Schleper y Filipa Sousa, expertas en arqueas de la Universidad de Viena, en un comentario al estudio. Y para entonces es probable que las arqueas ya tuviesen parte de la maquinaria genética para leer y transcribir ADN que necesitaban para transformarse en células complejas.

"No me parece correcto decir que este organismo es el eslabón perdido entre la vida sencilla y la compleja, pero tiene todo el sentido que algo muy parecido a lo que describe este estudio fuese el inicio de todo", opina Iñaki Ruiz-Trillo, investigador del Instituto de Biología Evolutiva de Barcelona (CSIC-UPF). "Este trabajo tiene un mérito brutal", añade.

Las arqueas de Asgard son seres actuales que han evolucionado durante 2,000 millones de años y por tanto no son iguales a sus ancestros. "Es evidente que no vamos a poder presenciar todo ese proceso evolutivo observando a estas arqueas", comenta Juli Peretó, experto en biología sintética de la Universidad de Valencia, pero añade que "gracias a ellas tenemos un primer fotograma de esa evolución y, probablemente, tendremos más".

Imachi explica que a partir de ahora tiene dos objetivos: criar otras especies de arqueas de Asgard y averiguar para qué utilizan sus misteriosos tentáculos.