La endosimbiosis seriada (Serial Endosymbiosis Theory) o teoría endosimbiótica describe la aparición de las células eucariotas o eucariogénesis como consecuencia de la sucesiva incorporación simbiogenética de diferentes procariotas de vida libre (bacterias aerobias y arqueas); tres incorporaciones en el caso de las células animales y de hongos, y cuatro en el caso de las células vegetales.
El proceso de endosimbiosis seriada fue propuesto por Lynn Margulis en diferentes artículos y libros: On the origin of mitosing cells (1967), Origins of Eukaryotic Cells (1975) y Symbiosis in Cell Evolution (1981), llegándose a conocer por el acrónimo inglés SET (Serial Endosymbiosis Theory). En la actualidad se acepta que las células eucariotas surgieron como consecuencia de los procesos simbiogenéticos descritos por Margulis, una vez ha quedado demostrado el origen simbiogenético de las mitocondrias y los cloroplastos de los eucariontes.
Lynn Margulis publicó un artículo en The Biological Bulletin en el que igualmente postuló la posible incorporación simbiótica de una espiroqueta para formar los flagelos y cilios de los eucariontes. Incluso, sostiene que podrían tener el mismo origen los filamentos o fibras del huso mitótico que hacen posible la división celular o mitosis. Ante estas teorías actualmente hay discrepancias. La teoría de la endosimbiosis seriada no debe ser confundida con su posterior Teoría simbiogenética; la cual no es apoyada por la comunidad científica.
En 1883, el botánico y fitogeógrafo francés, Andreas Schimper propuso que la capacidad fotosintética de las células vegetales podía proceder de cianobacterias aún presentes en la naturaleza y con iguales capacidades.
A principios del siglo XX, en 1909, el ruso Kostantin S. Mereschovky presentó la hipótesis según la cual el origen de los cloroplastos tendría su origen en procesos simbióticos.
Merezhkovsky llegó a proponer que el núcleo de las células eucariotas tuvo su origen en una bacteria de vida libre (lo que hoy se considera erróneo) pero que lo convierte en uno de los primeros en proponer el origen simbiótico de las células eucariotas. Los trabajos de Merezhkovsky pasaron inadvertidos. Años después, Ivan Wallin (anatomista estadounidense) llegó a la misma conclusión, publicando en 1927 el libro Simbiosis y el origen de las especies. En este caso, sus conclusiones fueron tenidas por absurdas, costándole su prestigio profesional.
En Francia, el biólogo Paul Portier, en 1918, también llegó a conclusiones parecidas sobre el origen simbiótico de las eucariotas. En este caso, Portier sufrió los ataques del entonces influyente microbiólogo August Lumiére.
Estos trabajos, minusvalorados en su tiempo, permanecieron olvidados hasta que Margulis, apoyándose en ellos, poniendo énfasis en las capacidades de las bacterias y la potencialidad de la simbiosis, formulara en 1967 la teoría endosimbiótica.
La actual teoría de la endosimbiosis seriada, acepta tres de cuatro pasos propuestos por Lynn Margulis, y describe el paso de las células procariotas (eubacterias o arqueas, no nucleadas) a las células eucariotas (células nucleadas constituyentes de todos los pluricelulares) mediante incorporaciones simbiogenéticas.
La teoría de la Endosimbiosis seriada describe este paso en una serie de tres incorporaciones mediante las cuales, por la unión simbiogenética de bacterias, se originaron las células que conforman a los individuos de los otros cuatro reinos (protistas, animales, hongos y plantas).
Hace unos 2000 millones de años, en el periodo orosírico (2050 a 1800 millones de años ha) cuando según estimaciones moderadas surgieron las células eucariotas (el Grypania es datado entre 1850 y 2100 millones de años ha,,, y el fósil más antiguo confirmado como eucariota, el Shuiyousphaeridium macroreticulatum de Ruyang, China, data de ~1600–1800 millones de años, pero no parece razonable esperar que hayamos hallado fosilizados precisamente los eucariotas iniciales y, además, la presencia de esteranos —que son biomarcadores con núcleo de ciclopentanoperhidrofenantreno— en esquistos bituminosos australianos sugieren que los eucariotas, o su grupo troncal, ya estaban presentes en los sedimentos que compusieron esos esquistos hace 2700 millones de años,), la vida la componían multitud de bacterias diferentes, adaptadas a los diferentes medios. Lynn Margulis destacó también, la que debió ser una alta capacidad de adaptación de estas bacterias al cambiante e inestable ambiente de la Tierra en aquella época. Hoy se conocen más de veinte metabolismos diferentes usados por las bacterias frente a los dos utilizados por los pluricelulares: el aeróbico, que usa el oxígeno como fuente de energía –único metabolismo utilizado por los animales– y la fotosíntesis –presente en las plantas–. Para Lynn Margulis, tal variedad revela las dificultades a las que las bacterias se tuvieron que enfrentar y su capacidad para aportar soluciones a esas dificultades.
Hipótesis original de Margulis:
Hipótesis original de Margulis:
Hipótesis original de Margulis:
Esta tercera incorporación originó el Reino vegetal, las recientemente adquiridas células respiradoras de oxígeno fagocitarían bacterias fotosintéticas y algunas de ellas, haciéndose resistentes, pasarían a formar parte del organismo, originando a su vez un nuevo organismo capaz de sintetizar la energía procedente del Sol. Estos nuevos pluricelulares, las plantas, con su éxito, contribuyeron y contribuyen al éxito de animales y proceritotas.
En la actualidad permanecen las bacterias descendientes de aquellas que debieron, por incorporación, originar las células eucariotas; así como aquellos protistas que no participaron en alguna de las sucesivas incorporaciones.
Margulis presentó en 1967 su teoría sobre el origen de las células eucariotas mediante un artículo en la revista Journal of Theoretical Biology: «Origin of Mitosing Cells». Antes, diferentes trabajos sobre esa misma teoría le habían sido rechazados en quince ocasiones y fue la directa intervención de su editor James F. DaNelly lo que posibilitase al fin su publicación.
Max Taylor, especializado en protistas, profesor de la Universidad de British Columbia, la bautizó con el acrónimo SET (Serial Endosymbiosis Theory), nombre por el que hoy es conocida.
Margulis también tuvo problemas para publicar un segundo texto más extenso ya en forma de libro: Origin of Eukaryotic Cells, el que en 1970 publicara Yale University Press.
Margulis apoyó su teoría en numerosos datos sobre bioquímica y morfología (investigaciones de otros científicos y de ella misma), también la apoyó en datos paleontológicos y presentó un proceso coherente valiéndose de los descendientes (aún entre nosotros) de aquellas bacterias que plausiblemente lo protagonizaron.
En el momento en que Margulis presenta su teoría, la biología evolutiva estudiaba mayoritariamente a los animales y plantas, y las bacterias solo eran del interés de una rama de la medicina: la bacteriología médica. Y únicamente algunos protozoos y hongos eran clasificados por diversos botánicos erróneamente como plantas.
En este contexto, su trabajo es inicialmente rechazado por el consenso científico de esa época; el paso de procariotas a eurocariotas no entrañaba ningún problema especial de comprensión, y se consideraba que: al igual que una especie puede aumentar paulatinamente de tamaño, aumentar su complejidad y adquirir nuevas funcionalidades también paulatinamente; los procariotas habrían aumentado su tamaño, aumentado su complejidad y adquirido nuevas funcionalidades, todo paulatinamente y como consecuencia de errores en la replicación de su ADN.
La primera teoría alternativa a la endosimbiosis seriada formulada por Margulis la postuló Max Taylor (Universidad British Columbia) a principios de los años setenta. Una teoría basada en el modelo darwinista y que bautizó con el nombre de "filiación directa"; siendo esta teoría posteriormente descartada a favor de la endosimbiosis seriada, para la adquisición de las mitocondrias y cloroplastos en las células eucariotas.
Sin embargo aunque se aceptó el origen de las mitocondrias y cloroplastos formuladas por Lynn Margulis, la Mahler, en 1972, rechazó que las espiroquetas y el aparato mitótico fuesen consecuencia de procesos simbióticos considerando que "tanto la síntesis de las proteínas dirigida por el núcleo como la síntesis proteica dirigida por las mitocondrias, así como otras actividades metabólicas se deben a presiones selectivas divergentes". En 1975 Bogart formuló otra hipótesis según la cual, "todo el ADN de las células eucariotas se encontraba originariamente en el área nuclear, rodeado quizás por una membrana nuclear común y posteriormente se separaron bloques de genes procedentes de protonúcleo y se rodearon de sus propias membranas, con lo cual se formaron los plástidos y las mitocondrias". Desde las investigaciones basadas en la actual teoría de la síntesis evolutiva moderna (neodarwinismo), la capacidad motora de las eucariotas (el cual no está demostrado su origen simbiogenético) se considera producto de mutaciones al azar.
Es así como la SET necesitó treinta años para ser aceptada (solo en parte) mayoritariamente como plausible, cuando se ha considerado demostrada fehacientemente la incorporación de tres de los cuatro simbiontes que Margulis propuso como componentes de los eucariotas (la adquisición de bacterias nadadoras no se considera probada).
Desde entonces en la biología evolutiva se han ofrecido numerosas teorías alternativas para la aparición de otros orgánulos.
Para Margulis el origen del núcleo se debe a la interacción de los dos primeros simbiontes que elaborarían esas membranas a modo de barrera que impidiera su total fusión. Existen otras teorías del origen simbiogenético de las eucariotas que también incluyen el núcleo celular, similarmente como en la teoría expuesta por Margulis. Timan Hartman del Ames Research Center de la NASA y Radney Gupta de la Universidad MacMaster defienden ese origen simbiótico del núcleo, pero mediante pasos y procesos diferentes a los defendidos por Margulis. Igualmente destaca otra teoría endosimbiótica del núcleo conocida como eucariogénesis viral, la cual afirma que el núcleo surgió por la infección de un antepasado procariota por un gran virus de ADN (posiblemente de un Virus nucleocitoplasmáticos de ADN de gran tamaño).
Margulis no se limitó a formular la SET, la Endosimbiosis Seriada, teoría que describe quizá el más importante hito de la evolución de la vida; desde entonces, intentó extender el alcance de la simbiogénesis a otros ámbitos de la Evolución: la especiación y la adquisición de caracteres y órganos de los organismos (Teoría simbiogenética).
La evidencia de que las mitocondrias y los plastos surgieron a través del proceso de endosimbiosis son las siguientes:
En la actualidad se considera probada la interacción simbiogenética de tres de los cuatro simbiontes propuestos por Margulis (actual teoría de Endosimbiosis seriada); existiendo discrepancias sobre el detalle de la endosimbiosis del núcleo, y si sucedió una incorportación de las espiroquetas, día a día va adquiriendo mayor consenso esa primera incorporación propuesta por Margulis.
También se han considerado posibles alternativas a la propuesta por Margulis para explicar ese primer paso, mediante procesos graduales de transformación de la célula originaria, y otras alternativas que contemplan, igualmente, un origen simbiogenético diferente al postulado por Margulis:
En todo caso:
Lynn Margulis a principios del año 2010 publicó un artículo científico en Biological Bulletin con sus últimas investigaciones sobre los cilios de las células eucariotas, con los que trato de fundamentar su hipótesis de un origen simbiótico de estas estructuras y la relación de estos con el origen de la mitosis: «Existen formas intermedias en las que no se puede ver si son cilios o espiroquetas (bacterias helicoidales). Ahora hemos obtenido cada paso, y eso es noticia».
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