Hace unos 100 millones de años, una ameba humilde logró un atraco impresionante, tomando genes de una bacteria desprevenida para reemplazar a los que había perdido.
Ahora Rutgers y otros científicos han resuelto el misterio de cómo la pequeña ameba, Paulinella, cometió el robo. Involucró a la bacteria, mantuvo viva esa célula y aprovechó sus genes para la fotosíntesis, el proceso que las plantas y las algas utilizan para convertir el dióxido de carbono enoxígeno y azúcar a través de la energía solar.
"El principal hallazgo del estudio es que el mundo microbiano, que sabemos que está lleno de genes valiosos, puede mover estos genes entre organismos según las necesidades", dijo Debashish Bhattacharya, coautor del estudio y profesor distinguido en el Departamento deEcología, evolución y recursos naturales en Rutgers: "Cuando un microbio tiene un déficit genético, en algunos casos puede llenar ese déficit tomando el mismo gen del medio ambiente. Esto muestra cuán fluidos son realmente los genomas microbianos".
"Pero las personas no deberían tener la idea de que los humanos tomarán genes bacterianos en el corto plazo, porque tienen una línea germinal secuestrada protegida", dijo Dana C. Price, coautora del estudio y profesora asociada de investigación en elDepartamento de Biología y Patología Vegetal en la Facultad de Ciencias Ambientales y Biológicas. "Se trata de la vida microbiana, como las bacterias y los eucariotas unicelulares".
El estudio internacional realizado por científicos estadounidenses y alemanes se publicó en línea en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
La Tierra es verde porque las plantas fotosintéticas y las algas contienen clorofila, un pigmento verde que refleja las longitudes de onda verdes de la luz. Su capacidad fotosintética surgió de un robo mucho más antiguo cometido hace unos 1.500 millones de años. En aquel entonces, un antepasado de algas envolvió una bacteria fotosintética, reduciéndolo a cloroplasto, un plastidio con clorofila. Los plastidios son orgánulos que, como los órganos del cuerpo humano, son estructuras que contienen ADN y tienen funciones específicas, en este caso la fotosíntesis.
El proceso envolvente se conoce como endosimbiosis primaria, y alteró la vida en la Tierra al permitir el surgimiento de animales que dependen de la vida vegetal.
La teoría de la endosimbiosis tiene una historia científica interesante. En 1895, el naturalista alemán Robert Lauterborn escribió un artículo sobre Paulinella chromatophora, una ameba que descubrió, y su hallazgo de células vegetales dentro de la ameba. Tiene dos grandes plástidos en forma de salchichallamados cromatóforos, que facilitan la fotosíntesis. Lauterborn sugirió que esto podría representar la simbiosis o colaboración de dos células, y este descubrimiento ayudó al desarrollo de la teoría de la endosimbiosis.
Sin embargo, durante décadas después, los científicos no pudieron encontrar o cultivar células de Paulinella del medio ambiente. Pero hace unos 20 años, un científico alemán, Michael Melkonian, con quien trabajó Bhattacharya, pudo aislar la ameba y cultivarlaen Colonia, Alemania. Mientras tanto, la ciencia de la genómica mejoró en los últimos años, permitiendo a los investigadores resolver los misterios de Paulinella.
En el nuevo estudio, los científicos dirigidos por Eva Nowack examinaron Paulinella para conocer las reglas de evolución del genoma que permitieron que la fotosíntesis se afianzara y floreciera. Las reglas podrían revelarse porque la endosimbiosis de Paulinella tuvo lugar hace 100 millones de años, utilizando el mismo procesoque se desarrolló hace unos 1.500 millones de años.
Utilizando este modelo único, los investigadores hicieron una pregunta crítica sobre la endosimbiosis que había perseguido a los científicos durante muchos años. Desde hace tiempo se sabe que las células almacenadas dentro de otras células ya no pueden compartir el ADN con sus propias especies y tienden a acumularse muchomutaciones en su genoma, lo que lleva a su desaparición.
Este proceso de descomposición se llama trinquete de Muller. Entonces, ¿cómo escapó el plastidio capturado del trinquete después de millones de años de prisión? El análisis de los datos genómicos de Paulinella mostró que cada vez que perdía un gen, la ameba lo reemplazaba por otro gen con el mismofunción de las bacterias.
"La evolución puede encontrar una manera, en este caso resolviendo el problema de los genes rotos reuniendo genes de reemplazo del medio ambiente", dijo Bhattacharya. "Quién sabe, en unos 100 millones de años, los descendientes de Paulinella podrían convertirse en elplantas dominantes en nuestro planeta "
Los autores del estudio incluyen Nowack de la Carnegie Institution for Science en Stanford, California, y la Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf en Alemania; Price y Bhattacharya; Anna Singer de la Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf; Michael Melkonian de la Universität zu Kölnen Alemania y Arthur R. Grossman de la Carnegie Institution for Science.
"Es realmente notable que un artículo escrito en una revista hace 120 años realmente sentó las bases para este estudio", dijo Bhattacharya. "Es muy raro que una especie que es tan difícil de encontrar y que la cultura comience a desempeñar un papel importante encomprender los procesos fundamentales en las células "
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Materiales proporcionado por Universidad de Rutgers . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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