El papel fundamental de la endosimbiosis en la evolución celular

¿Cómo fue la evolución de las células eucariotas? El ancestro común en la historia evolutiva de las células eucariotas, incluyendo tanto a las células eucariotas vegetales como a las animales, es una forma de vida primitiva llamada "protista". Los protistas son un grupo diverso de organismos unicelulares eucariotas que incluye diversas algas, protozoos y otros organismos unicelulares.

Se cree que las células eucariotas evolucionaron a partir de las células procariotas más simples (como las bacterias) mediante un proceso conocido como endosimbiosis. Según la teoría endosimbiótica, ciertos orgánulos celulares, como las mitocondrias y los cloroplastos, se originaron a partir de bacterias que fueron engullidas por células más grandes en una relación simbiótica beneficiosa. Con el tiempo, estas bacterias intracelulares evolucionaron para convertirse en orgánulos especializados en las células eucariotas.

El paso de células procariotas a eucariotas y la posterior divergencia en distintos linajes celulares condujeron a la diversidad de formas celulares que observamos en la actualidad, incluyendo las células eucariotas vegetales y animales. Esta evolución ocurrió a lo largo de millones de años, dando lugar a organismos más complejos y adaptados a diversos ambientes. La relación común con un ancestro protista es un punto clave en la historia evolutiva de las células eucariotas.

Teoría endosimbiótica

Lynn Margulis

La teoría de la endosimbiosis es una explicación propuesta para el origen de ciertos orgánulos celulares en las células eucariotas, especialmente las mitocondrias y los cloroplastos. Esta teoría fue propuesta por Lynn Margulis en la década de 1960 y ha ganado amplio respaldo en la comunidad científica. La idea central de la endosimbiosis es que estas estructuras especializadas se originaron a partir de organismos procariotas independientes que fueron incorporados por células más grandes en una relación simbiótica.

Resumen del proceso de endosimbiosis

1. Engullimiento inicial

Hace miles de millones de años, una célula hospedadora fagocitó (engulló) a una bacteria aerobia (capaz de utilizar oxígeno) en un evento de endosimbiosis primaria. Esta bacteria probablemente pertenecía al grupo de las proteobacterias.

2. Establecimiento de simbiosis

En lugar de ser digerida, la bacteria aerobia estableció una relación simbiótica con la célula hospedadora. La bacteria proporcionaba a la célula anfitriona la capacidad de realizar respiración aeróbica, produciendo más energía en forma de ATP.

3. Desarrollo de mitocondrias

Con el tiempo, esta asociación evolucionó, y la bacteria aerobia se convirtió en la mitocondria, un orgánulo con su propio ADN circular y maquinaria para la producción de energía.

4. Endosimbiosis secundaria en células vegetales

En el caso de las células eucariotas vegetales, se propone que la endosimbiosis secundaria ocurrió
cuando una célula eucariota ya conteniendo mitocondrias fagocitó a una cianobacteria, que es una bacteria fotosintética. Esta cianobacteria se convirtió en los cloroplastos, permitiendo a las células vegetales realizar fotosíntesis.

La evidencia de la endosimbiosis incluye similitudes en la estructura y función de mitocondrias y cloroplastos con bacterias, así como la presencia de ADN en estos orgánulos, que es similar al de bacterias. Además, la similitud entre ciertos genes en el genoma nuclear y el genoma de las mitocondrias o cloroplastos respalda la idea de una relación evolutiva cercana.

La teoría de la endosimbiosis proporciona una explicación plausible para la existencia de estos orgánulos en células eucariotas y destaca la importancia de las interacciones simbióticas en la evolución celular. La evidencia molecular, genética y morfológica ha respaldado la teoría de la endosimbiosis, y su aceptación ha crecido a medida que se han acumulado más datos. Aunque la teoría inicialmente enfrentó cierta resistencia, hoy en día se considera una explicación sólida y ampliamente aceptada para el origen de los orgánulos en las células eucariotas. 

Contribución de la endosimbiosis a la diversidad biológica

La endosimbiosis ha contribuido significativamente a la diversidad biológica al facilitar la aparición y la evolución de células eucariotas complejas, que a su vez forman la base de organismos multicelulares y diversos ecosistemas. Aquí hay varias maneras en las que la endosimbiosis ha influido en la diversidad biológica:

1. Generación de células eucariotas 

La endosimbiosis primaria, que llevó a la incorporación de bacterias aerobias en células hospedadoras, condujo a la formación de mitocondrias. Esto permitió que las células eucariotas realizaran la respiración aeróbica de manera más eficiente, lo que aumentó significativamente la producción de energía. La mayor eficiencia energética proporcionó ventajas selectivas y permitió el desarrollo de células eucariotas más grandes y complejas.

2. Fotosíntesis y cloroplastos

La endosimbiosis secundaria, que implicó la incorporación de cianobacterias fotosintéticas por parte de células eucariotas, llevó a la formación de cloroplastos. Esta adquisición permitió a las células realizar fotosíntesis, convirtiendo la luz solar en energía química y liberando oxígeno. La aparición de organismos fotosintéticos contribuyó significativamente al aumento de la diversidad biológica y a la oxigenación de la atmósfera terrestre.

3. Evolución de organismos pluricelulares

Las células eucariotas complejas, derivadas de procesos endosimbióticos, formaron la base para la evolución de organismos pluricelulares. La colaboración entre diferentes tipos celulares y la especialización de funciones en distintas células permitieron la formación de tejidos y órganos, lo que llevó al surgimiento de organismos multicelulares con mayor complejidad y especialización.

4. Diversificación de formas de vida

Diversificación de formas de vida

La capacidad de las células eucariotas para realizar una amplia variedad de funciones, como la
locomoción, la captura de alimentos y la defensa, contribuyó a la diversificación de formas de vida. A medida que las células eucariotas se adaptaron a diferentes ambientes y desafíos, se produjo una proliferación de formas y funciones celulares.

En resumen, la endosimbiosis ha sido un proceso crucial en la evolución de la diversidad biológica al proporcionar a las células eucariotas nuevas capacidades y funciones. Esto ha llevado al desarrollo de organismos más complejos y adaptativos, lo que ha contribuido a la riqueza y la variedad de la vida en la Tierra.