Música para explicar teoría de la evolución

Bueno, esta es mi primera entrada en mi exilio Alemán (tómese exilio como algo positivo en este caso). No hay nada más ilustrativo y refrescante que pasearte por los pasillos de tu nuevo departamento para estirar las piernas y ver los carteles que hay a tu alrededor…y de repente descubres uno muy psicodélico que dice: Darwin Rocks! Con este título es inevitable no detenerte a ver si se trata de un concierto donde los cantantes son nuevas especies...y te encuentras con un proyecto relacionado con la docencia para hacer llegar el Darvinismo a todos los públicos.

Museo de Ciencias Naturales (Valencia)

Valencia, más de 30 grados a la sombra y no hay ganas de hacer la siesta...¿Dónde podemos ir? Pues la sugerencia de esta semana es que os acerquéis al museo de Ciencias Naturales que están en los Jardines de Viveros en la ciudad de Valencia.

El caso Maeso, cuando la ciencia es clave en la resolución judicial

El caso Maeso, cuando la ciencia es clave en la resolución judicial Nos tenemos que remontar a los años 90 cuando el anestesista Juan Maeso Vélez infectó a 275 pacientes intervenidos en los hospitales La Fe, Casa de Salud, Clinica Quirón y Virgen del Consuelo con el virus de la hepatitis C. Esta atrocidad le valió a Maeso una condena de de 1933 años, pero la clave de la condena se ha hecho pública este año en la revista BMC Biology por científicos de la Universitat de València.

Carl Woese se va, pero nos deja los tres grandes dominios

El pasado día 30 falleció en Estados Unidos Carl Richard Woese. Tal vez a la gran mayoría de la gente ni le suene el nombre de este microbiólogo, y ni si quiera han dado noticia de su fallecimiento, al menos aquí en España. Pero Woese es para cualquier biólogo el padre de la taxonomía moderna además de ser promotor del mundo de RNA como una de las bases en el origen de la vida en la Tierra.

La historia y la biología una vez más de la mano…

Que la biología y la historia van de la mano no es de extrañar. La propia biología evolutiva al fin y al cabo podría decirse que se encarga de la historia en el campo de la biología. Cada vez es más común ver como hay cameos por parte de la biología en relatos históricos, sobre todo en los últimos años donde la genética y la medicina forense han servido para esclarecer algunos de los misterios todavía por resolver, como es el caso del titular de hace un año en el ABC: El 70% de los españoles son parientes de Tutankamón. Evidentemente esto hay que cogerlo con muchas pinzas y analizar bien la noticia. Lo que os traigo hoy me pilla, al menos a mí, un poco más de cerca y va sobre la repoblación de los caballeros catalanes y la reconquista por Jaime I en tierras Valencianas. ¿No os interesa saber un poco más?

Entradas del pasado: “La paradoja de la citocromo c-oxidasa”

Siempre hay asignaturas y profesores a lo largo de la carrera que son capaces de tenerte atento durante horas y horas. En este caso voy a recuperar una entrada que fue fruto de las clases de un profesor que sin duda tiene esa capacidad de embaucar a los alumnos…estoy hablando de las clases de metabolismo de Juli Peretó en la Universidad de Valencia. Os dejo con la entrada…

Una bacteria capaz de sobrevivir en el arsénico, nada más…

Después de masticar un poco más la noticia, la rueda de prensa la vi a medias por problemas técnicos, y a pesar de que la noticia estuvo dos horas antes de dicha rueda de prensa, esperé antes de escribir nada y sacar conclusiones precipitadas. Ahora que tengo el artículo en mis manos estoy apto para poder comentar más o menos lo que tenía que ser ese gran golpe de la astrobiología.
De primeras quiero recomendar la lectura del artículo escrito por Dani Martínez (gran compañero por cierto) sobre lo acontecido ayer en la tarde, en él podréis encontrar comentarios y consideraciones de los invitados a la rueda de prensa, lo podéis leer aquí.
En segundo lugar, y ya con el artículo en las manos, veo que realmente NO hay para tanto. Evidentemente dudaba de todo lo que se había comentado sobre el posible descubrimiento de vida en Titán…pero tenía la ligera esperanza, y no me parecía tan descabellado, encontrar un metabolismo en que el asénico hubiese substituido al fósforo. Teniendo en cuenta que son elementos realmente similares, y contiguos en la tabla periódica. Además el arseniato tiene la misma versatilidad a la hora de formar enlaces que el fosfato…Otra cosa hubiese sido explicar cómo se habría llegado hasta ahí.
No obstante el artículo que ha llegado de las manos de Science es, sin duda, un artículo que hay que coger con pinzas. En parte entiendo la postura de los autores, intentan evitar que nadie les pise algo que podría tener cierto impacto, pero a veces las prisas hacen que se saquen conclusiones precipitadas o no se corroboren bien las cosas y diría que es lo que ha pasado aquí.
Concretamente lo que han hecho ha sido buscar en un lago de California, con concentraciones considerables de arsénico, microorganismos que fuesen capaces de sobrevivir en él sin demasiado problema. La “víctima” es una bacteria bastante común, GFAJ-1, que pertenece a un grupo bastante conocido de proteobacterias, y en este grupo el abanico y las rarezas metabólicas están al orden del día. Después de diversos lavados han eliminado “todo” el fosfato del medio y la han cultivado en ausencia de fosfato y en presencia de arsénico, alcanzando unos niveles de crecimiento del 60% con respecto a cuando crece en presencia de fosfato.
Lo que hace diferente este artículo de los demás que muestran particularidades metabólicas es que los autores han llegado a sugerir que el arsénico sustituye de forma casi completa el fósforo de los componentes celulares, y aquí es donde Science ha sido muy, pero que muy flexible, al no pedir un mayor número de resultados y pruebas empíricas para justificar sus hipótesis, y más cuando los resultados de la espectroscopia de masas no han sido concluyentes.
Como humilde casi biólogo puedo decir que sólo nos queda esperar un tiempo, no alzar las campanas al vuelo, y esperar nuevos resultados o una posible retracción por parte de los autores, el tiempo lo dirá…
Si queréis dar un vistazo al artículo: http://www.sciencemag.org/content/early/2010/12/01/science.1197258.abstract
Por mi parte poco más, una muestra más de la plasticidad y promiscuidad de la bioquímica que ha permitido lidiar con los cambios del entorno durante años de evolución hasta llegar al momento en que nos encontramos ahora. ¿Qué pensáis vosotros de todo esto?

¿Los eslabones perdidos de los eucariotas?

Hay diferentes hipótesis del origen de las células eucariotas a partir de las células procariotas. Muchas de ellas proponen que el origen de la célula eucariota proviene de la fusión de dos células procariotas, otras proponen que eucariotas y arqueas tendrían un ancestro común que habría emergido a partir de los eucariotas, o bien por una fusión entre un antecesor arqueano y un antecesor bacteriano… Sea como sea todas parten de un origen posterior y con base eucariota.

En principio todo esto está muy bien hasta que nos topamos en los libros de texto con las típicas tablas que comparan  qué tienen los eucariotas diferente de los procariotas. Si nos detenemos a pensar durante unos segundos lo primero que nos viene a la cabeza es que los procariotas carecen de citoesqueleto, que los cromosomas no están empaquetados, que las membranas no tienen colesterol, que el DNA no está envuelto por una membrana…Pero claro, si somos estrictos con estas afirmaciones nos encontramos con una paradoja. ¿Cómo van a proceder los eucariotas de procariotas ancestrales cuando las características que los diferencian no están presentes en los procariotas?. La pregunta puede resultar un poco liosa pero es muy simple, la evolución es un proceso gradual, y no apareció de la noche a la mañana una célula eucariota con todo lo que hoy en día la caracteriza, si las células eucariotas proceden de una quimera procariota (sea cuál sea de todos los modelos existentes) deben existir, al menos, relictos o características similares en organismos procariotas que estén presentes en eucariotas.

Estos procariotas existen y presentan propiedades y elementos que siempre habíamos atribuido única y exclusivamente a los procariotas, en uno de los artículos de la revista Science del mes de noviembre hay un artículo de Damien P. Devos y Emmanuel G. Reynaud que resume todas estas características que mucha gente cree que son únicas y exclusivas de los eucariotas y no lo son. En concreto en el artículo se recogen las características se un superphylum PVC compuesto por bacterias del género Verrucomicrobia, Chlamydiae y Planctomycetes. En esta tabla podéis ver una serie de características presentes en el phylum que se habían atribuido exclusivamente a eucariotas como la presencia de la histona H1, la presencia de ésteres, la pérdida de FstZ (paso previo a la adquisición de la tubulina…), DNA envuelto por membrana…

Para que entendáis la tabla Eu = eucariotas, Pl = Planctomycetes, Ch =Chlamydiae, Ve = Verrucomicrobia y Ar = Archaea.

Como podéis ver la tabla esta repleta de esas características que creíamos únicas. Un ejemplo muy curioso es el de la capacidad endocítica. La endocitosis de partículas siempre ha sido una característica universal de eucariotas porque para que una célula tenga esa capacidad debe existir un citoesqueleto organizado y versátil que medie el proceso. No obstante existe un plantomiceto capaz de endocitar, recibe el nombre de Gemmata obscuriglobus, esta bacteria tiene la capacidad de endocitosis, como podéis ver en la microfotografía del artículo y además presenta una estructura interna bastante compleja con respecto a lo que estamos acostumbrados con los procariotas habituales.

 

La leyenda de ambas imágenes es: N= nucleo, P = parifoplasma, NE = envoltura nuclear, R = riboplasma, CM= membrana citoplasmática, CW= pared celular y ICM= membrana intracitoplasmática.

 

Evidentemente el título de la entrada del blog esta hecho adrede para captar vuestra atención pero día a día se están encontrando nuevas bacterias con nuevas características que poco a poco permiten pasar de un árbol filogenético universal muy pixelado a tener una resolución bastante aceptable, os recomiendo que si os interesa reviséis los artículos porque son realmente interesantes

Referencias:

Devos, Damien P. and Reynaud, Emmanuel G., 2010. Intermediate Steps. 330: 1187 - 1188

Lonhienne, Thierry G. A., Sagulenko, Evgeny, Webb, Richard I., Lee, Kuo Chang, Franke, Josef, Devos, Damien P., Nouwens, Amanda, Carroll, Bernard J., and Fuerst, John A., 2010. Endocytosis-like protein uptake in the bacterium Gemmata obscuriglobus. 107: 12883 - 12888

Las plantas y los animales sienten de la misma manera el dióxido de carbono

Este curioso entrada aparece en la revista Science de Enero del 2010. Al parecer plantas y animales comparten la capacidad de percibir el CO2, en el caso de los animales, y para ser más egocéntricos, los humanos, el CO2 se percibiría a través de los propios corpúsculos gustativos de los que un día ya hablamos en el blog (ver entrada). En cambio en la hojas, como muchos de vosotros ya habréis deducido los receptores para el CO2 se encuentran en los estomas.

Se ha descrito como el CO2 en nuestras lenguas es capaz de producir una sensación que tiene por un lado componente físico y por otro químico. El componente físico correspondería al estímulo físico, sobre las células somatosensoriales de la lengua que, que provocarían las pequeñas burbujas de CO2. Por otro lado el estímulo químico también ha sido detectado. Al parecer el CO2 también estimula los receptores para el sabor ácido y que además las propias células receptoras tienen activado el gen que traduce la enzima anhidrasa carbónica. Esta enzima usa el CO2 y el agua para dar lugar al ión bicarbonato y protones, protones que van a acidificar el medio produciendo una bajada del pH que será detectada por las células receptoras que contengan receptores para el sabor ácido. Por tanto el cambio del pH es el nexo de unión entre los receptores que son estimulados por los sabores ácidos y el CO2.

Pero como ya se ha comentado las plantas, y más concretamente las células guarda, son capaces de detectar las moléculas de CO2. Ante elevadas concentraciones de CO2 las células guarda cierran el estoma. Lo más sorprendente es que en este mecanismo de cierre participa también la anhidrasa carbónica, en este caso el enzima se encuentra en el citoplasma de las células guarda. Cuando se incrementa la concentración de CO2 la anhidrasa carbónica da lugar a iones bicarbonato y a protones. El incremento de iones bicarbonato va a activar canales iónicos que como resultado darán lugar a una bajada en el potencial hídrico de estas células guarda, la entrada del agua y como consecuencia de la turgencia el cierre de los estomas.

A pesar de que plantas y humanos divergieron hace alrededor de mil millones de años utilizan mecanismos similares para la detección del CO2. ¿No os parece fascinante?

Para más información: www.sciencemag.org SCIENCE VOL 327 15 JANUARY 2010

Etiquetas de Technorati: química,fisiología vegetal,bioquímica,evolución,biología

Paradoja del enzima Citocromo oxidasa

La citocromo C-oxidasa es un enzima que cataliza la transferencia de electrones al oxigeno para dar agua, constituye lo que se conoce como complejo 4 de la cadena de transporte electrónico y está presente en todos los organismos aerobios (es decir que utilizan el oxígeno como aceptor de electrones), esta proteína está conservada en los tres dominios de la vida, y por tanto estaba presente en el ancestro común.

Aquí es donde las cosas empiezan a no cuadrar. Se supone que la atmósfera que hoy en día conocemos, con la concentración de oxígeno en una proporción del 21%, se produjo con la aparición de los organismos de tipo fotosintéticos, y más concretamente con la capacidad de realizar la fotosíntesis oxigénica, como es el caso de las actuales cianobacterias. Por tanto ¿Cómo explicar la existencia de una proteína destinada a ceder electrones en un mundo en que las concentraciones de oxígeno eran irrisorias?

Parece ser que la citocromo oxidasa derivaría de una óxido nítrico reductasa en  la que hubo un cambio de especificidad por el oxígeno. Al combinar la información filogenética con la información estructural de los residuos catalíticos, así como la reconstrucción de la Tierra Primitiva las óxido nítrico reductasas serían uno de los enzimas más abundantes en el metabolismo de la Tierra primitiva en que los electrones de compuestos arseniato, sulfato o el hidrógeno serían abundantes.

Por tanto el paso de una NO-reductasa a una citocromo oxidasa se dio en un mundo sin presencia de oxígeno. No obstante esta afirmación no es del todo cierta ya que en el océano las capas superficiales del agua sí que tendrían una cierta concentración de oxígeno a causa de la fotólisis del agua, recordemos que la atmósfera no era tampoco como en la actualidad y dejaba pasar longitudes de onda de alta energía que podrían provocar esta fotólisis sin acción de ningún enzima. Parece ser que algunos organismos aprovecharon la NO-reductasa con afinidad al oxígeno como un elemento protector frente a él, además esta hipótesis es en parte muy interesante porque la adquisición de esta nueva función es la que ha permitido la aparición posterior de organismos que producen oxígeno como producto del metabolismo, sería absurdo pensar en la aparición de un organismo que produjese una sustancia que fuese tóxica para él mismo sin antes poseer ningún tipo de protección.

Finalmente cuando el oxígeno comenzó a ser abundante pasó a ser un aceptor final de electrones. Este es un claro ejemplo de cómo pequeños cambios a nivel molecular pueden dan lugar a grandes cambios a nivel evolutivo  un ejemplo también de cómo los modelos evolutivos han de adaptarse a lo que se conoce sobre la historia geológica ya que sería absurdo, por ejemplo, hopotetizar la aparición de organismos aerobios en una tierra primitiva que con toda certeza tenía concentraciones de oxígeno realmente bajas.

Más información en:

Ducluzeau, Anne Lise, van Lis, Robert, Duval, Simon, Schoepp-Cothenet, Barbara, Russell, Michael J., and Nitschke, Wolfgang., 2009. Was nitric oxide the first deep electron sink? 34: 9 – 15

Etiquetas de Technorati: biología molecular,evolución,orígen de la vida

En el límite de “lo vivo”

Ahora con todo lo de la Gripe A mucha gente está empezando a interesarse acerca de los virus y cada vez conocen más su estructura y saben que no son células como tales, sino que son genoma y proteínas asociadas que necesitan de otras células para “reproducirse”, es decir, replicar su genoma y obtener nuevos individuos y por tanto mayor número de formas infectivas.

Si pensamos en la frontera de qué es lo que consideramos que esta vivo y que esta inerte parece que tengamos las cosas claras, pero la verdad es que no es del todo cierto.

Decimos que algo esta vivo cuando es capaz de nutrirse, relacionarse con el medio y reproducirse…La verdad es que esta definición es muy imprecisa y no termina de explicar muy bien por ejemplo si nos virus se considerarían elementos vivos o elementos inertes. Sin embargo yo desbancaría esta definición tan clásica y tan arraigada en nuestras mentes y la cambiaría por otra mucho más actual y precisa: está vivo aquello que es susceptible a someterse a la selección natural.

Los virus tan sólo están compuestos de genoma y proteínas que los recubren (si, es cierto, en algunos casos tienen envolturas pero provienen del hospedador). Sin embargo en su genoma poseen la información que determina su propia propagación y su destino evolutivo, y en este momento ha adquirido el estatus de forma de vida. 

 

Es cierto que los virus requieren para su reproducción de la maquinaria genética del hospedador…pero no por ello se les puede eliminar de la categoría de lo “vivo” ya que hay numerosos organismos parásitos cuyo metabolismo depende directamente del hospedador (por ejemplo una tenia) y no dejamos de considerarlos como vivos.

Es más. Muchos de vosotros creeréis que estas formas de vida son las más simples (no lo creáis, pueden ser simples en cuanto a forma pero la presión que ejerce la evolución sobre ellos es muy alta y están cambiando con gran rapidez) pero existen aún formas de vida más simples, como es el caso de los viroides.

Los viroides son pequeñas moléculas de RNA con capacidad infectiva por sí solas, que no están envueltas de proteínas ni nada por el estilo, ni si quiera codifican proteínas en su genoma, tan sólo son secuencias de RNA lineal con secuencias palindrómicas que permiten que haya apareamiento de bases y formen la estructura de RNA de doble cadena.

Son todos patógenos de plantas y se transmiten la mayor parte a través de utensilios agrícolas y por la acción antrópica. Una vez en el interior de la célula su único objetivo es replicar el genoma de RNA tantas veces como sea posible, no transcriben ninguna proteína, simplemente consumen los recursos nucleotídicos y acaparan el metabolismo nucleotídico poniendo en compromiso otros procesos celulares.

Para más inri estos RNA poseen actividades ribozímicas propias. Cuando se replican en tándem se forman dominios, determinados por la propia secuencia de RNA que tienen capacidad autocatalítica y cortan el genoma en tándem y lo ligan para dar lugar a los nuevos viroides.

Hay cierta controversia a la hora de explicar el origen de estas formas de vida, al igual que de los virus y actualmente se barajan dos hipótesis. Por un lado que son componentes celulares escapados que han adquirido autonomía y por otro lado que son formas autorreplicativas primitivas, es decir una reminiscencia de aquel mundo de RNA…no obstante son teorías que no son necesariamente excluyentes, y si algún día me animo haré alguna entrada para discutirlas.

Las acuaporinas

Muchos de vosotros ya conoceréis estas moléculas, a otros supongo que a menos os sonará el nombre.

Si bien es cierto que la membrana es semipermeable permite el paso de las moléculas de agua, sin embargo hay ocasiones en que por los propios requerimientos de los procesos celulares se necesita un incremento de la permeabilidad del agua en la membrana plasmática y esto se da gracias a la existencia de las acuaporinas que permiten el paso de 1 x 10^6 moléculas de agua por segundo.

Como muchos de vosotros sabéis las acuaporinas son canales específicos de agua formados por un tetrámero de subunidades idénticas cada una de ellas con un canal que permite el paso del agua. Sin embargo impiden el paso de los protones.

Si las acuaporinas permitiesen el paso de protones a través de la membrana se perdería de forma absurda gradiente de protones que debería ser aprovechado para la producción de ATP o para impulsar procesos celulares que requieran energía, es decir endergónicos.

¿Cómo se ha resuelto el problema de los protones? Como diría mi profesor Juli: Miréu amb quina elegància ha resolt la selecció natural aquest problema! (en castellano: !Mirad con qué elegancia a resuelto la selección natural este problema¡).

En la estructura de la acuaporina nos encontramos con dos hélices alfa, llamadas M3 y M7 que dan lugar a 2 campos eléctricos que son convergentes en la mitad del recorrido del canal. Las moléculas de agua forman puentes de hidrógeno entre ellas y pueden pasar tan sólo de una en una a través del canal, de manera que pasan una detrás de otra en “fila india”. El campo eléctrico que producen las hélices anteriormente citadas obligan a que las moléculas de agua que pasan a través del canal lo hagan orientando sus átomos de hidrógeno hacia el exterior. Los protones sólo pueden establecer puentes de hidrógeno con la carga negativa del oxígeno, pero el oxígeno queda inaccesible por la posición que adopta la molécula de agua a causa del campo eléctrico creado por las hélices M3 y M7 y de esta manera se impide la entrada de protones.


Pero además, cuando las moléculas de agua llegan a la mitad del recorrido se encuentran con el fin de uno de los campos eléctricos y el inicio  de otro convergente, de manera que las moléculas de agua se reorientan y ofrecen de nuevo a la cara saliente del canal los hidrógenos, de manera que los protones tampoco pueden formar puentes de hidrógeno impidiendo el paso por el otro lado del canal.

Contra Natura: la esencia conflictiva del mundo vivo

En una entrada anterior hice una reseña a un libro llamado La Biología de la creencia. Pues bien este libro percibe la biología de forma completamente opuesta al libro anteriormente citado.

Contra Natura es una obra escrita por Arcadi Navarro i Cuartiellas, profesor de la Universitat Pompeu Fabra de Catalunya y vicedirector del Instituto de Biología Evolutiva de Barcelona, además de muchas cosas más que podéis consultar por la red si indagáis.

En el libro se intenta desbancar a la visión biocentrista del mundo, el concepto de madre naturaleza, de que la naturaleza es un entorno estable y armonioso…el libro está repleto de ejemplos que demuestran todo lo contrario, la naturaleza ni es buena ni mala, ni es generosa ni despiadada, solamente es darwiniana, es decir queda regida por las leyes de la selección natural.

No existe ningún tipo de creador, ni de relojero, ni diseño inteligente…nada de nada, todo lo que nos rodea, lo que ven nuestros ojos cuando nos despertamos, es fruto de la selección natural durante millones y millones de años.

Además de alguna manera se desmitifica aquello de que los humanos ya no estamos sometidos a la selección natural, muchos de nosotros podemos pensar que los humanos somos superiores a los demás seres vivos de nuestro planeta porque hemos sido capaces de ir en contra de las leyes de la selección natural. Si bien es cierto que algunas formas de presión pueden haber sido relajadas sin duda han aparecido nuevos tipos de presión selectiva que se verán reflejadas en el futuro después de largos periodos de selección de aquellos más aptos para la situación actual.

La verdad es que recomiendo leer el libro a todos aquellos que les interesen los temas relacionados con la biología y la evolución, no voy a describir más cosas del libro porque el objetivo es que os animéis a leerlo y no destriparlo en cuatro párrafos, la verdad es que abre un espacio para la reflexión y contribuirá a desmitificar cosas que están muy arraigadas en nuestra cultura.

Learning how to live together: genomic insights into prokariote animal simbiosis

Cuando escuchamos la palabra simbiosis pensamos en dos organismos, dos seres vivos, que comparten un ecosistema, o un mismo nicho ecológico y cuya presencia facilita la obtención de beneficios por ambas partes, es decir se obtiene un beneficio mutuo.

 

Si hablamos de simbiosis entre eucariotas y procariotas la definición propuesta en la parte superior se queda un poco corta. Los organismos procariotas tienen la capacidad de vivir en todas partes, incluso en los ambientes más extremo, como es el caso de Thermus aquaticus, capaz de sobrevivir en las fumarolas volcánicas y soportar temperaturas de hasta 90ºC, recordemos que la polimerasa de este procariota es la que se utiliza en los laboratorios de molecular y genética para la PCR (reacción de polimerización en cadena) y que nos permite amplificar el DNA mediante termocicladores, aumentando la temperatura para separar las hebras sin que la polimerasa se desnaturalice.

 

Por tanto no es difícil aceptar que si “casi” son poseedoras del “don de la ubicuidad” sean capaces de vivir dentro de otras células eucariotas y endosimbiontes de organismos superiores en la escala evolutiva.

 

El ejemplo de endosimbiosis más conocido es el que propuso Lynn Margulis a final de los años 60 en la teoría endosimbióntica. En ella proponía que el origen de las mitocondria y del cloroplasto era endosimbionte. Una simbiosis entre un procariota capaz de oxidar la materia orgánica, en el caso de la mitocondria, o de realizar la fotofosforilación oxidativa en el caso del cloroplasto. Esta simbiosis se produjo hace tantos millones de años que las relaciones entre ambas son tan estrechas que de alguna manera se ha “camuflado” cómo eran estas células antes de la simbiosis, pero no podemos dejar de lado muchas de las características que tienen en común las mitocondrias y los cloroplastos con otros procariotas, como es una doble membrana, DNA libre de núcleo e incluso se especula la posibilidad de que el origen de la bomba ATPasa situada en la matriz mitocondrial sea algún tipo de vestigio de los flagelos del procariota pre-simbionte.

 

Este es el ejemplo más conocido, pero nos sorprendería saber la cantidad de seres vivos que poseen simbiontes que permiten el aporte de nutrientes que el organismo no puede obtener por sí mismo de forma natural.

 

Los simbiontes se pueden clasificar, según la edad evolutiva estimada de la relación con el hospedador y el grado de dependencia que pueden tener, en endosimbiontes primarios y endosimbiontes secundarios.

 

Los primarios son fruto de una asociación antigua y especializada, entre 30 y 270 millones de años, con lo cual muchas de las relaciones simbióticas de los insectos son anteriores a la aparición de algunos grupos hoy dominantes. En estos casos como el periodo de asociación muy largo y la evolución de ambas especies ha sido dependiente aparecen numerosas alteraciones tanto en el genoma como en la estructura poblacional. Estos simbiontes son transmitidos generación tras generación por la vía vertical que casi siempre está mediada por la vía materna, tal y como ocurre con las mitocondrias en el caso de los eucariotas, que siempre son de origen materno, en nuestro caso las mitocondrias que poseen las células de nuestro cuerpo son de origen exclusivamente materno, ya que las mitocondrias situadas en el cuello del espermatozoide son degradadas y no forman parte del zigoto.

 

Un ejemplo de este tipo de asociación es el de γ-proteobacteria, que vive en asociación obligada con insectos aprovisionándolos de aminoácidos esenciales, vitaminas y cofactores que están ausentes en su dieta, además contribuyen al reciclaje del nitrógeno y los provisionan de factores metabólicos que son requeridos para la supervivencia y para la fertilidad. La mayoría de estos simbiontes son heterótrofos pero también se han encontrado quimicolitoautotróficos en el océano del genero Ruthia magnífica, oxida azufre y proporciona energía a su hospedador C. magnífica.

 

Los simbiontes secundarios, que a diferencia de los primarios, no son indispensables para la supervivencia del hospedador ni están restringidos a órganos especializados. Además estos pueden colonizar nuevas especies mediante la transmisión horizontal, es decir mediante el típico proceso infeccioso donde el simbionte se adquiere desde el ambiente externo.

En muchas ocasiones diversos endosimbiontes conviven en un mismo hospedador, y establecen complejas relaciones entre ellos. Uno de estos casos es el de la bacteria Buchnera aphidicola y Serratia symbiotica, que coexisten en el bacterioma (órgano formado por células que contienen las bacterias endosimbiontes) del áfido Cinara cedri, en este caso se ha visto que S. symbiotica por el tiempo acabará sustituyendo a B.aphidicola. Este ejemplo es uno de los posibles finales que puede tener la convivencia de dos endosimbiontes, que uno predomine sobre el otro y este desaparezca.

 

La otra opción es la que ocurre con Sulcia muelleri y Homalodisca coagulata, en el hospedador Baumania cicadellinicola. En este caso el análisis genómico ha demostrado que hay una serie de complementaciones metabólicas entre ambos simbiontes, de alguna manera se distribuyen el trabajo para aportar al hospedador los nutrientes que necesiten, ellos a cambio obtienen el beneficio de estar en un entorno estable como es el interior de un organismo, y no en un entorno cambiante y agresivo como es el medio externo.

 

Estas simbiosis dan lugar a que haya un conjunto de genes redundantes en las bacterias endosimbiontes. Es decir, genes que se repiten en el hospedador y la bacteria, o entre las bacterias y por ello va a darse una serie de cambios genómicos en la evolución del endosimbionte a partir de esta relación mutualista. La mayor parte de veces va a haber una reducción del genoma para optimizar al máximo los recursos, no tendría sentido poseer dos juegos de genes para metabolizar la glucosa, y por tanto el conjunto de genes dedicado a esta acción en la bacteria se pierde, además se van a acumular las mutaciones ya que la transmisión es por vía vertical. No todas las bacterias que posee el individuo parental van a pasar a la F1 por tanto se generan continuos cuellos de botella favoreciendo un flujo arbitrario genético de generación en generación. Otra característica es que en esta reducción del genoma se produce un incremento de la cantidad de adeninas y timinas en el genoma, a causa de la perdida de los genes de los mecanismos de reparación, recordemos que las bases nitrogenadas poseen. Recordemos que en ocasiones se pueden dar emparejamientos erróneos a causa de las formas tautoméricas de las bases nitrogenadas. Podemos tener emparejamientos C*-A o T-G*que si no son corregidos por los mecanismos pertinentes, por ejemplo MutL, MutS y MutH (etc) porque se han visto afectados por la reducción de genoma, pasaran de generación en generación, y esto explicaría el aumento de contenido en A-T del genoma. Se ha propuesto que la sobreexpresión de GroEl en B.aphidicola es causa del aumento de proteínas con dificultades para plegarse a causa de estas mutaciones AT. GroEl es una carabina molecular que interviene en el plegamiento postraduccional de aquellas proteínas que se han quedado “atascadas” en una conformación que no puede ser resuelta de forma espontánea y requiere de un apoyo para poder plegrase.

Imágen de la chaperonina GroEl

 

Para entender las reducciones que se han producido en el genoma es necesario comparar las secuencias de los simbiontes con el genoma de bacterias evolutivamente relacionadas y que sean de vida libre. Este análisis de comparación podría realizarse por ejemplo mediante chips de DNA. Podríamos coger el genoma de la bacteria de vida libre, extenderlo en un chip de DNA y posteriormente extraer el DNA de la bacteria endosimbionte y marcarlo radiactivamente. Una vez marcado hibridaríamos este DNA con el chip y cuantificaríamos la cantidad de radiactividad que ha incorporado, averiguando así la cantidad de genoma reducido. Después podrían secuenciarse esos genes marcados o averiguar el producto de esos genes para saber que funciones se han degradado en las bacterias a causa de la endosimbiosis. Lo que si se conoce es que la pedida masiva de genes ocurre cuando se establece una simbiosis de tipo obligado.

 

En un proceso de endosimbiosis ambos organismos deben adaptarse mutuamente y como ya hemos dicho por parte de la bacteria se pierden aquellos genes que ya no son necesarios en el nuevo entorno, pero sí que debe retener un conjunto de genes que le permita la supervivencia en el hospedador. Sin embargo todavía no se entiende a qué nivel genético puede afectar al hospedador la presencia de un endosimbionte, pero sí que se sabe que el hospedador se adapta al endosimbionte proporcionándole unas células específicas para que estas se sitúen y una modificación del sistema inmunitario para que no detecte estas bacterias como agentes patógenos. Además se ha dado a entender que estos bacteriocitos (células que contienen a las bacterias simbiontes) son un tipo más de célula del organismo hospedador y que no dependen de la presencia de las bacterias, ya que al eliminar mediante antibióticos los simbiontes se pudo ver que los bacteriocitos se conservaban y además se mantenían, por tanto evolutivamente los bacteriocitos representan un nuevo tipo celular.

 

Para analizar los mecanismos de respuesta inmunitaria se utilizan bacterias que todavía estén en fases tempranas de endosimbiosis como es el caso de los endosimbiontes del género Sitophilus, que expresa un peptidoglicano de reconocimiento homólogo a otra proteína de D.melanogaster, de esta manera el sistema inmunitario reconoce a la bacteria como propia.

 

Por tanto la simbiosis no es algo estático, sino dinámico. Los simbiontes y los hospedadores van adaptándose mutuamente entre sí y van cambiando progresivo, en la mayoría de casos en los que convive un endosimbionte primario, y otro secundario el secundario acabará sustituyendo el primario y se adaptarán el uno al otro sufriendo una evolución conjunta. Además el campo de la biología sintética se ha interesado mucho en los aspectos de la endosimbiosis por el interés que despierta el llamado genoma mínimo, ya que en muchos casos los endosimbiontes reducen su genoma hasta el punto que sólo conservan los genes que benefician de alguna manera al hospedador y los genes mínimos para la supervivencia de este. Una vez conocido este genoma mínimo se puede construir un cromosoma artificial, y por tanto un organismo, a partir del endosimbionte además de determinar qué genes son los necesarios para la perpetuación de este podemos averiguar que regiones del genoma actúan como reguladores y con qué grado porque un gen no incluye tan sólo el promotor basal, las secuencias codificantes y la región terminadora, incluye todos aquellos elementos que marcan su correcto funcionamiento, desde los genes que codifican las proteínas reguladoras, a los enhancers e incluso los RNAs pequeños. El estudio de este genoma mínimo nos va a permitir averiguar con un grado mayor de precisión el significado concreto de gen.

¿Está el destino de los leones marinos comprometido?

Seguimos con los temas de reproducción...siento que las entradas sean bastante breves pero no puedo extenderme mucho por falta de tiempo, pero espero que pronto pueda ofreceros buenas entradas.

En la mayor parte de las especies es la hembra quien elige al macho, y la razón es muy sencilla, ya que la hembra es quien invierte más energía en la reproducción y cuidado de la cría en la mayoría de los casos porque ella sabe seguro que sus hijos portan sus genes, sin embargo los machos nunca sabrán si los hijos son suyos o de otro macho y para ello desarrollan diferentes mecanismos para evitar "posibles infidelidades de su hembra" pero esto ya se sale un poco del tema del post.

También hay casos en que parece que quien seleccione es el macho, pero la mayoría de veces esta selección está enmascarada y quién r ealmente selecciona es la hembra.

Uno de estos casos es el del león marino, a primera vista parece que los machos se estén peleando por las hembras, mientras ellas permanecen impasibles en las playas observando sus feroces combates, sin embargo lo que se está haciendo en realidad es una selección por parte de la hembra, ya que tan sólo podrán aparearse los más fuertes, los que ganen los combates, y por tanto aquellos que posean una mejor dotación genética, por tanto es una lucha para mostrar su calidad genética a las hembras.Esto ha dado pié a que se produzca una selección direccional hacia los machos con mayor tamaño, que son los que más posibilidades tienen de ganar el combate, y por tanto se ha observado un aumento considerable de los machos de esta especie con el paso del tiempo.

Parece que esto no tenga ningún inconveniente, pero en realidad si lo tiene, porque la cantidad de recursos que puede asimilar un organismo es constante, y esté tiene que administrarlos. Estos recursos se invierten en dos aspectos básicamente: para vivir (o recursos somáticos) y para la reproducción. La proporción que se invierta en cada aspecto depende de las necesidades del organismo, pero hay que tener en cuenta que la misión (hablando evolutivamente) de cualquier organismo vivo es la reproducción ya que es la única forma de perpetuar sus genes.

Si el león marino compromete todos sus recursos al aumento de tamaño, generación tras generación, puede poner en peligro la dedicación de los recursos a la reproducción, a la producción de esperma y al desarrollo de sus órganos sexuales, llevando a la especie a un callejón sin salida, a la extinción.