Contexto

El salto de las células procariotas simples a las complejas células eucariotas en la historia de la vida en la Tierra se considera uno de los misterios más difíciles de resolver en la historia de la biología. A medida que se publican sucesivamente los análisis metagenómicos de las arqueas Asgard descubiertas en depósitos de fuentes hidrotermales submarinas, la comunidad científica está dando rápidamente más peso al modelo del árbol de la vida de dos dominios, según el cual los eucariotas divergieron directamente de un grupo dentro de las arqueas. Esto se debe a que en el genoma de Asgard archaea se han identificado en gran medida secuencias de proteínas exclusivas de los eucariotas (Eukaryotic Signature Proteins, ESP), como la actina, la ubiquitina y las proteínas reguladoras del citoesqueleto.

Esta perspectiva centrada en el genoma ha generado el problema de simplificar en exceso el proceso de origen de los eucariotas. Esto se debe a que la hipótesis de que el huésped arqueano, ya provisto de un citoesqueleto intracelular altamente desarrollado y mecanismos de invaginación de membrana, simplemente fagocitó o absorbió bacterias mediante ósmosis, se ha consolidado como la doctrina establecida. La transición bioenergética y las presiones ambientales necesarias para mantener la estructura celular, formar la envoltura nuclear y gestionar un genoma masivo han sido a menudo excluidas de los análisis filogenéticos basados en genes. Existía una enorme laguna que no podía ser colmada únicamente mediante la comparación de listas de genes para explicar el largo período oscuro que va desde el ancestro común eucariota inicial (FECA, por sus siglas en inglés) hasta el ancestro común eucariota final (LECA, por sus siglas en inglés).

Hallazgos clave

La investigación del profesor Dave Speijer, del Centro Médico de la Universidad de Ámsterdam, publicada en la edición de noviembre de 2026 de las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), refuta directamente la visión predominante sobre la secuenciación de genes. El equipo de investigación cruzó los datos del metagenoma funcional de las poblaciones de arqueas relacionadas con FECA con modelos de fluctuación de la concentración de oxígeno en la Tierra primitiva, identificando el mecanismo por el cual el oxígeno molecular y el subsiguiente estrés oxidativo intracelular actuaron como el detonante crítico para la eucariogénesis.

El grupo de genes homólogos ESP poseído por el huésped arqueano no demuestra la estructura física exclusiva de las células eucariotas. Las células arqueanas Asgard cultivadas efectivamente son meras procariotas microscópicas con un diámetro inferior a 0,5 micrómetros, y no han demostrado capacidad de fagocitosis propia ni rotación de membrana intracelular. Los investigadores definieron la endosimbiosis de las mitocondrias, el ancestro de las alphaproteobacteria, como una fusión simbiogénica (symbiogenic merger) inducida por oxígeno en lugar de una simple absorción celular.

Alrededor de hace 2000 millones de años, durante el período previo y posterior al evento de oxidación masiva, la concentración de oxígeno en el medio ambiente cambió drásticamente, lo que enfrentó a los arqueas primitivos adaptados a ambientes anaeróbicos o microaerófilos con una amenaza oxidativa letal. En ese momento, mientras las mitocondrias primitivas que consumían oxígeno como aceptor final de electrones penetraban en el citoplasma de la célula huésped, las especies reactivas de oxígeno (ROS) resultantes de una combustión incompleta del sistema de transporte de electrones se liberaron explosivamente en el interior del huésped. Según las simulaciones de metabolismo bioenergético del equipo de investigación, la intensa presión de daño oxidativo generada durante este proceso forzó la separación de la envoltura nuclear y la rápida evolución del sistema de membranas endosomales para proteger el genoma. Durante el proceso de intercambio genético entre el huésped eucariota y los endosimbiontes bacterianos, y la construcción de una red de enzimas de defensa contra las especies reactivas del oxígeno (ROS), se produjo una coevolución explosiva que actuó como la fuerza motriz física para la evolución desde un ancestro común simple (FECA) hacia un ancestro eucariota complejo (LECA).

Significado y perspectivas

Este estudio ha señalado las debilidades de la hipótesis monofilética del dominio Archaea, que había dominado recientemente el campo de la filogenia molecular, y ha restaurado la originalidad bioenergética y fisicoquímica de la endosimbiosis mitocondrial en el centro del escenario académico. El trabajo presenta de manera convincente que la esencia de las células eucariotas no es simplemente el resultado de una lista de genes ampliada, sino una nueva capa biológica completamente nueva que surgió durante el proceso de control del estrés ambiental representado por el oxígeno y las especies reactivas de oxígeno (ROS) liberadas por las mitocondrias.

Los desafíos restantes también están claros. Dado que las interacciones de las células primitivas de hace unos 2000 millones de años no dejaron registro fósil, se enfrenta una limitación inherente a depender de los indicadores geoquímicos paleobiológicos y de la reconstrucción inversa de la reactividad bioquímica de los microorganismos extremófilos existentes. La comunidad académica tiene previsto centrarse en las siguientes verificaciones posteriores: el cultivo simbiótico a largo plazo de arqueas antiguas vivas de Asgard bajo condiciones de exposición al oxígeno, o la reconstrucción in vitro de sistemas primitivos de transporte de electrones mediante técnicas de biología sintética para reproducir directamente los cambios en la estructura de la membrana en función de los niveles de emisión de especies reactivas del oxígeno (ROS).