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Los científicos descubren un evento que ocurre una vez entre mil millones cuando dos formas de vida se fusionan para formar nuevas partes celulares

En un descubrimiento innovador, los científicos han descubierto la primera estructura conocida en una célula compleja capaz de absorber nitrógeno de la atmósfera y convertirlo en una forma que la célula pueda utilizar.

Llamaron «nitroplástico» a la parte recién descubierta de la célula. Los investigadores creen que pudo haber evolucionado hace 100 millones de años, según dos estudios recientes.

Los nitrosomas pueden ser formados por bacterias del océano que son fagocitadas por células de algas. Anteriormente se pensaba que las bacterias y las algas eran simbióticas: los microbios proporcionaban nitrógeno en una forma que las algas podían utilizar y las algas proporcionaban un hogar para los microbios.

Pero resulta que el microbio tomó una nueva forma hace mucho tiempo, convirtiéndose en una estructura u orgánulo celular maduro cuyo metabolismo está directamente relacionado con el de las algas.

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«Los orgánulos rara vez se producen a partir de esta clase de material», dijo en un comunicado Tyler Coale, investigador postdoctoral en la UCSC y uno de los dos estudios recientes que identifican nitrosomas, uno de los autores principales.

El descubrimiento es apenas el cuarto ejemplo conocido en la historia de la Tierra de «endosimbiosis primaria», un proceso en el que las células eucariotas (células cuyo ADN está encerrado en sus núcleos, como todos los animales, plantas y hongos) fagocitosan una célula procariótica que carece de un núcleo. En este caso, las células de algas eucariotas engulleron a las células bacterianas procarióticas.

«La primera vez que pensamos que esto sucedió, dio origen a toda la vida compleja», dijo Cole, refiriéndose a la evolución de las mitocondrias, las centrales eléctricas de las células, hace unos 1.500 millones de años. «Todo lo más complejo que una célula bacteriana debe su existencia a este acontecimiento».

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El segundo ejemplo conocido de endosimbiosis ocurrió hace unos mil millones de años, produciendo cloroplastos que impulsaron la fotosíntesis e iniciaron la evolución de las plantas. Un tercer evento conocido puede haber dado origen a un orgánulo poco conocido llamado cromatóforo, que son estructuras llenas de pigmentos en la piel de cefalópodos como calamares y pulpos que les permiten cambiar de color.

Los científicos descubrieron por primera vez un microbio que se transformó en un nitrosoma en 1998, aunque en ese momento no sabían que era un verdadero orgánulo.

Esta imagen muestra una célula de Braarudosphaera bigelowii dividiéndose por la mitad, con el nitrosoma (UCYN-A) mostrado en cian. (Crédito de la imagen: Valentina Loconte)

En este trabajo, un equipo dirigido por Jonathan Zehr, distinguido profesor de ciencias marinas en UC Santa Cruz y autor principal del segundo estudio reciente, recuperó secuencias cortas de ADN del microbio del agua de mar del Pacífico. Zehr y sus colegas determinaron que el ADN pertenecía a una cianobacteria fijadora de nitrógeno, a la que llamaron UCYN-A. (La fijación de nitrógeno es el proceso de convertir el nitrógeno en una forma utilizable por las células).

El descubrimiento coincide con el trabajo de la Universidad Kochi de Japón, donde los científicos descubrieron cómo cultivar algas portadoras de UCYN-A en el laboratorio. Esto permitió a Zehr y sus colaboradores comparar el tamaño de UCYN-A en diferentes especies de estas algas, que pertenecen a un grupo relacionado llamado Braarudosphaera bigelowii.

Los investigadores, que publicaron el trabajo el 28 de marzo en la revista Cell, informan que el crecimiento de UCYN-A y sus células huésped es sincrónico y controlado por el intercambio de nutrientes. Esto es «exactamente lo que les sucede a los orgánulos», dijo Zell en un comunicado. «Si nos fijamos en las mitocondrias y los cloroplastos, son lo mismo: varían según el tamaño de la célula».

Para confirmar estos resultados, Zehr y otros investigadores realizaron un segundo estudio, publicado el 11 de abril en la revista Science. Los resultados mostraron que UCYN-A importa proteínas de las células huésped, lo que sugiere que los microbios anteriores habían abandonado parte de la maquinaria celular y dependían del huésped para funcionar. En otras palabras, lo que alguna vez fue una bacteria se ha convertido en un engranaje de la máquina huésped.

«Esta es una de las características de la transición de un endosimbionte a un orgánulo», dijo Zell. «Empiezan a descartar trozos de ADN, sus genomas se hacen cada vez más pequeños y empiezan a depender de la célula madre para introducir estos productos genéticos -o las proteínas mismas- en la célula».

UCYN-A también se replica simultáneamente con su célula huésped y se hereda como otros orgánulos, lo que confirma el descubrimiento del nitrosoma, según el comunicado.

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