Una mirada al nostre passat en una placa de laboratori
Imaginem-nos un planeta relativament jove, d’uns dos mil milions d’anys. Fa més de mil·lenni i mig que es va omplint d’unes estructures petites, que rebran el nom de cèl·lules. Aquestes cèl·lules són simples però molt diverses, i tenen la capacitat d’alimentar-se i reproduir-se. El planeta, doncs, està ple de vida.
Però de cop i volta tot canvia. Una d’aquestes cèl·lules n’engloba una altra i, en lloc de destruir-la, aprèn a conviure amb aquesta convidada dins seu, en una relació de simbiosi profitosa per a totes dues. Aquest pas inicial acabarà portant a l’aparició d’un organisme fet de milers de cèl·lules, capaç d’enviar naus a l’espai o alliberar l’energia dels nuclis dels àtoms. És un moment crucial de la nostra història que, per com és de distant, encara no coneixem prou bé. Però això pot canviar ara que s’ha aconseguit mantenir viva en el laboratori una cèl·lula molt semblant a aquell primer avantpassat de tots els animals i plantes.
Engolir mitocondris
L’any 1990, el científic americà Carl Woese va proposar la que actualment és la classificació més acceptada dels éssers vius. Els dividia en tres grups o dominis: els bacteris, els arqueobacteris i els eucariotes. Els bacteris són microbis d’una sola cèl·lula, alguns d’ells ben coneguts perquè ens provoquen malalties. En canvi, els arqueobacteris, que en classificacions antigues formaven part del grup anterior, són cèl·lules que normalment viuen en simbiosi amb els animals. Finalment, els organismes pluricel·lulars, incloent-hi animals, plantes i fongs, pertanyen al domini dels anomenats eucariotes.
Les cèl·lules que formen els eucariotes són diferents de les dels altres dominis. Són fins a deu mil vegades més grans i contenen diverses estructures definides per membranes fetes de lípids, el que coneixem com a orgànuls. Un d’aquests orgànuls és el mitocondri, que, entre altres coses, produeix energia. El mitocondri és particular perquè té el seu propi ADN, independent del de la cèl·lula. Per això es creu que els mitocondris provenen d’un bacteri que, fa milions d’anys, va ser engolit per un arqueobacteri. En lloc d’acabar destruït, va trobar un equilibri amb el seu hoste, i d’aquella unió va néixer el primer eucariota. La versió original d’aquesta teoria va ser proposada per la biòloga Lynn Margulis als anys seixanta, i era tan radical en el seu moment que van passar dècades abans no va ser acceptada.
Retrocedir 2.000 milions d’anys
En un article publicat a la revista Nature, uns científics japonesos expliquen com han aconseguit cultivar per primer cop un arqueobacteri similar al que hauria donat lloc als eucariotes. Pertany a un grup anomenat Asgard (que inclou subtipus amb noms com Thorarchaeota, Lokiarchaeota, Odinarchaeota i Heimallarchaeota ), descobert el 2010 al fons de l’oceà Àrtic. Les anàlisis genètiques han revelat que és l’arqueobacteri més pròxim als eucariotes que es coneix.
El fet que s’hagi pogut mantenir viu en un laboratori ha permès estudiar com devia ser la cèl·lula que va donar lloc als organismes pluricel·lulars. Fins ara, l’únic que se sabia era que els gens dels arqueobacteris Asgard eren més pròxims als dels eucariotes que als dels altres companys de domini.
El nou estudi es basa en un petit arqueobacteri del tipus Lokiarchaeota anomenat Prometheoarchaeum syntrophicum, que creix a poc a poc i que necessita unes condicions especials per sobreviure. La primera cosa que van fer els científics va ser utilitzar temperatures de 10 °C i poc oxigen i nutrients, unes condicions semblants a les que hi ha al fons del mar en el qual van trobar aquestes cèl·lules. Van trigar cinc anys a veure com els primers arqueobacteris creixien en els tancs que tenien al laboratori. Però després en van passar set més fins que van aconseguir aïllar prou quantitats de Prometheoarchaeum per estudiar-lo, i per això els va caldre provar diverses fórmules. Al final, els investigadors van descobrir que els agradava més estar a 20 °C i preferien que hi hagués algun aminoàcid extra i una miqueta de llet en pols. Després hi van afegir altres microbis i van veure que hi començaven a establir una relació de simbiosi mitjançant l’intercanvi de molècules a través d’una mena de protrusions que té el Prometheoarchaeum a la superfície. Gràcies a aquests experiments, els científics han pogut acotar més el moment en què l’arqueobacteri primitiu va engolir el bacteri que es convertiria en el futur mitocondri, que han calculat que va ser fa uns dos mil milions d’anys.
Tot això, a més, els ha permès proposar un nou model per a l’origen dels eucariotes que inclou no dues sinó tres cèl·lules. D’una banda hi hauria l’arqueobacteri; de l’altra, el bacteri que acabaria engolit i, finalment, encara hi hauria un tercer bacteri que interaccionaria amb els organismes anteriors aportant nutrients essencials que permetrien, entre altres coses, que aquesta cèl·lula eucariota primitiva fos capaç d’utilitzar l’oxigen que cada cop era més abundant a la Terra.
