Por Plantilla del escritores sobre noticias Astrobiológicas

El origen de los hidrógenosomas se ha debatido durante bastante tiempo. Algunos investigadores creen que los hidrógenosomas han evolucionado repetidamente a partir de las mitocondrias en el curso de la evolución.

Basado en una nota de prensa de la Organización para la Investigación Científica Holandesa.|

El dominio Eucariota se divide en 4 reinos: animales, plantas, hongos y protistas. Todos los eucariotas se caracterizan por tener su DNA encapsulado dentro de sus núcleos celulares. En la mayoría de los eucariotas, las mitocondrias actúan como las centrales eléctricas de la célula. Las mitocondrias transforman la comida en energía a través de la respiración del oxígeno.

Pero no todos los eucariotas confían en las mitocondrias para obtener su energía. Por ejemplo, las células de las plantas y algunos protistas, también contienen plastos, que es donde ocurre la fotosíntesis y desde donde se suministra comida al organismo. Los organismos que viven en medio ambientes sin oxígeno, tales como los hongos anaeróbicos y los protozoos (un tipo de protistas), no usan mitocondrias en absoluto – en su lugar, la energía se genera por hidrógenosomas, orgánulos que, aunque en muchos aspectos son muy similares a las mitocondrias, siguen un camino metabólico distinto. Mientras las mitocondrias necesitan oxígeno para producir energía, los hidrógenosomas producen energía bajo condiciones anóxicas.

Investigadores de la Organización para la Investigación Científica Holandesa (NWO) creen que los hidrógenosomas han evolucionado repetidamente a partir de la mitocondria durante el curso de la evolución. Su hipótesis es que los protozoos y los hongos, los cuales una vez vivieron en ambientes ricos en oxígeno, se encontraron a sí mismos en un medio ambiente completamente anóxico. Para sobrevivir a esta pérdida de oxígeno, los investigadores creen que la miticondria evolucionó en hidrógenosomas.

El origen de los hidrógenosomas se ha debatido durante bastante tiempo. Algunos investigadores creen que los hidrógenosomas han evolucionado a partir de la mitocondria. Otros creen que los hidrógenosomas y la mitocondria han evolucionado a partir de una antecesor común. Debido a que los hidrógenosomas trabajan en ambientes anóxicos, mientras la mitocondria crece en una atmósfera de oxígeno, entender como se desarrollaron estos dos sistemas energéticos celulares puede decirnos algo sobre la evolución de los primeros seres vivos en la Tierra. La respuesta a estas cuestiones podría indicar también los caminos que probablemente siga la vida en otros mundos.

“Cualquier visión clara sobre la evolución microbial tiene importantes implicaciones en astrobiología” , dice Mitch Sogin, microbiólogo del Laboratorio Biológico Marino y miembro del NAI. “Necesitamos entender como evolucionó la diversidad en todos los linajes microbiales.”

Para convertirse en hidrógenosomas, las mitocondrias adquirieron material genético de las bacterias anaeróbicas. Este trasvase de material genético de un microorganismo a otro es conocido por ‘transferencia lateral de genes.’
“La transferencia lateral de genes implica el movimiento de genes entre organismos”, dice Sogin. “Esto permite la introducción súbita de una o más capacidades bioquímicas en un organismo.”

De acuerdo con Sogin, la transferencia lateral de genes difiere de lo que normalmente conocemos como evolución, en la cual las mutaciones genéticas cambian la colección de genes a lo largo del tiempo. A medida que las mutaciones se acumulan en el genoma, se desarrollan nuevas capacidades o se pierden otras funciones. Los científicos pueden rastrear estos cambios graduales causados por las mutaciones, pero la transferencia lateral de genes es mucho más dificil de seguir, ya que implica la introducción abrupta de genes que no se corresponden con el desarrollo natural de la colección génica.

En la temprana historia de la Tierra, cuando existían reservas limitadas de oxígeno disociado, el planeta estaba dominado por organismos unicelulares que tenían poca o ninguna organización intercelular. Eventualmente, y a través de las algas azul-verdosas, se produjo tanto oxígeno que los océanos ya no pudieron absorberlo, por lo que este exceso de oxígeno se acumuló en la atmósfera de la Tierra. Durante aquella época, el oxígeno era un gas venenoso para la inmensa mayoría de las formas de vida de la Tierra. Para que la vida sobreviviese, tuvieron que desarrollarse nuevas formas metabólicas basadas en la respiración del oxígeno.
Los datos fósiles y moleculares indican que los eucariotas aparecieron hace entre 2 y 3 mil millones de años, cuando la atmósfera de la tierra estaba aún desprovista de oxígeno. Los primeros eucariotas no tenían mitocondrias. Muchos científicos creen ahora que las mitocondrias fueron originalmente bacterias anaeróbicas que fueron devoradas por un organismo anaeróbico mayor (la temprana célula eucariota). En vez de ser dividida y digerida como alimento, la bacteria sobrevivió para convertirse en parte de la maquinaria interna de la célula. La introducción de la bacteria aeróbica, permitió que el organismo anaeróbico sobreviviese en la atmósfera oxigenada, mientras que el organismo anaeróbico suministraba nutrientes a la bacteria aeróbica.

Debido a que la mitocondria y los hidrógenosomas comparten muchas proteínas en común, y debido a la senda metabólica seguida por los hidrógenosomas, se cree que deben ser bastante parecidos a los primeros eucariotas antes del desarrollo de la mitocondria, algunos científicos creen que los hidrógenosomas nos dan una visión sobre el funcionamiento de los eucariotas antes de la llegada del oxígeno atomosférico. Sogin, sin embargo, no cree que los hidrógenosomas vayan a decirnos nada sobre el origen de los eucariotas.

“La hipótesis del hidrógeno es un modelo muy inteligente cuya intención es la de explicar el origen de los eucariotas,” dice Sogin. “En mi opinión, este área de la investigación es por un lado muy excitante, pero por otro lado carece de secuencias moleculares significativas capaces de probar nada sobre la validez de la hipótesis. Creo que la transformación de mitocondria aeróbica a metabolismo basado en hidrógenosomas anaeróbicos, tiene porco o nada que ver con el origen de los eucariotas.”
El equipo de investigación del NWO comparó los hidrógenosomas de varios protozoos y hongos anaeróbicos y descubrieron que los contenidos y formas de estos orgánulos celulares diferían de una especie a otra. Los hidrógenosomas del Nyctotherus ovalis, un protozoo que habita en el intestino de las cucarachas, se parecen mucho a una mitocondria. Los hidrógenosomas del Neocallimastix y del Piromyces, hongos que viven en el intestino de la llama y el elefante indio respectivamente, tienen aspectos totalmente diferentes.

Además de las diferencias, existen muchos puntos de semejanza entre los hidrógenosomas de especies diferentes. Los investigadores han concluído que los hidrógenosomas de especies diferentes evolucionaron constante y repetidamente a partir de la mitocondria durante el curso de la evolución.

En otras palabras, dice Sogin, los hidrógenosomas están aún hoy en día evolucionando a partir de la mitocondría allá donde los organismos se mueven desde ambientes oxigenados hacia otros donde escasea el oxígeno. Este cambio en las condiciones medioambientales puede venir de hechos tan simples como ser cubiertos por una capa de lodo, o ser engullidos y situados en el intestino de un animal.
“Lo que para mi está claro es que los hidrógenosomas han surgido en múltiples ocasiones durante la historia de la evolucion de los protistas, y de hecho puede incluso que sean una consecuencia inevitable de la irrupción de un eucariota en un nicho anaeróbico,” comenta Sogin.