Cooperación y evolución

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105-73Carles Puche
Todos los animales, hongos y plantas, desde los más sencillos hasta los humanos, estamos colonizados por organismos microbianos. En esta ilustración se observa el mundo macroscópico, que nos resulta familiar, pero que engloba (círculo) un mundo totalmente invisible al ojo humano, imprescindible para la sostenibilidad de la vida. Los microorganismos representados en este círculo son: (1) Aspergillus, (2) Stentor, (3) Spirulina, (4) Streptomyces, (5) Pyrococcus, (6) Vibrio, (7) virus de la gripe, (8) Paramecium, (9) diatomea, (10) Penicillium, (11) Chromatium, (12) Giardia, (13) Escherichia, (14) Microcoleus, (15) Anabaena, (16) Spirillum, (17) Euglena, (18) Closterium y (19) espiroquetas.

Históricamente, los biólogos se han dedicado al estudio de los grupos de seres vivos más grandes (animales, plantas y hongos), caracterizando su forma y función (el fenotipo) como consecuencia directa de su genotipo. Los microbios se han estudiado principalmente como agentes patógenos de los «macrobios», o individuos «grandes». La interacción huésped-microorganismo siempre se ha visto como una lucha entre el «bueno» (el huésped o «macrobio») contra el «malo» (el microbio). Sin embargo, ¿cómo cambiaría la forma en que estudiamos los sistemas biológicos si mirásemos las asociaciones «macrobio»-microbio como relaciones evolutivas, como una estrategia de mantenimiento (de fitness en el sentido de Darwin) alternativo en la lucha contra los factores adversos del ambiente?

La variedad de asociaciones entre organismos (o simbiosis; en su sentido etimológico, “vida juntos”) va desde las beneficiosas o mutualistas, a las perjudiciales o parásitas. Y muchas veces, según decía Ramon Margalef, las diferencias solamente están en el ojo del observador. Anton de Bary (1831-1888), botánico alemán experto en hongos, propuso que los líquenes consistían en la unión de un hongo con un alga con beneficio mutuo, y acuñó la palabra simbiosis en 1873. 

Muchos microorganismos no solamente viven junto a otro organismo, sino dentro de sus células. Es lo que denominamos endosimbiosis. La endosimbiosis es una condición topológica y fisiológica, una clase de simbiosis donde un socio vive dentro de las células del otro y lleva a término diferentes actividades, muchas veces beneficiosas para la célula huésped. La teoría endosimbiótica seriada sobre el origen de la célula eucariota fue propuesta por Lynn Margulis (1938-2011) en 1967, y se basó en estudios previos publicados por el botánico ruso Konstantin Mereschkowski (1855-1921) en 1905. Esta teoría afirma que algunas partes de la célula eucariota se formaron directamente a partir de asociaciones permanentes de organismos procariotas diferentes. Posteriormente ha sido demostrado por métodos moleculares que por lo menos dos tipos de orgánulos de la célula eucariota, las mitocondrias y los cloroplastos, proceden de bacterias anteriores de vida libre. El zoólogo Paul Buchner (1886-1978) observó en 1965 una notable variedad de asociaciones endosimbióticas bacterianas, especialmente en insectos, por ejemplo, entre la bacteria que ahora denominamos Buchnera –en su honor– y los áfidos. Esta relación es tan estrecha que las bacterias están atrapadas dentro de células especializadas del huésped, denominadas bacteriocitos, y se transmiten de generación en generación de la madre a los hijos.

Todos los animales, hongos y plantas, desde los más sencillos hasta los humanos, estamos colonizados por organismos microbianos. Los microbios son una parte esencial del cuerpo del animal, de tal manera que influyen en la adaptabilidad a un ambiente y, por tanto, confieren rasgos ecológicos a sus huéspedes. El mutualismo obligado en insectos parece que permite a su anfitrión sobrevivir con dietas restrictivas que consisten normalmente en una sola fuente de alimento (por ejemplo, savia, sangre o madera) con falta de aminoácidos, vitaminas y otros nutrientes. Estos suplementos imprescindibles son proporcionados por los simbiontes microbianos. Algunos de los muchos ejemplos conocidos son: Buchnera y los áfidos, Wigglesworthia y la mosca tse-tsé, Blochmannia y las hormigas carpinteras, Carsonella y los psílidos, Blattabacterium y su asociación con las cucarachas xilófagas y la termita Mastotermes darwiniensis. 

Wolbachia es otro ejemplo de bacteria endosimbionte presente en una amplia gama de invertebrados. La presencia de este microorganismo induce diferentes efectos en sus huéspedes. Quizá el más destacado es la «incompatibilidad citoplasmática», según la cual Wolbachia puede modificar los espermatozoides del huésped. Así, cuando un espermatozoide con Wolbachia fecunda un óvulo no infectado con esta bacteria, se interrumpen los pasos posteriores de desarrollo y el cigoto no es viable. La incompatibilidad citoplasmática confiere una ventaja reproductiva a los óvulos infectados, por lo que se promueve la propagación de Wolbachia y se garantiza su mantenimiento en las poblaciones de insectos. Otros fenotipos comunes debidos a la misma bacteria incluyen la eliminación selectiva de la descendencia masculina, la conversión de machos genéticos a hembras fenotípicas funcionales y la inducción de la partenogénesis.

En los animales «superiores» también se da esta cooperación huésped-microbiota. A pesar de que los microorganismos están presentes en abundancia en el intestino, hasta hace poco se habían considerado simples comensales, es decir, que «comían en la misma mesa», pero sin ningún efecto beneficioso o perjudicial para el huésped. Sin embargo, ahora sabemos que, en el caso de los humanos, la microbiota intestinal es responsable de la maduración del sistema inmunitario, y de la digestibilidad de algunos alimentos; y también que participa en la regulación de la acumulación de grasa, y en la inducción de la expresión de genes específicos en las células epiteliales intestinales; finalmente, la microbiota intestinal también es necesaria para la formación de los villi y del tejido linfoide asociado en el intestino.

Tradicionalmente, el neodarwinismo ha mantenido que las mutaciones en los genes individuales –el gen desnudo– son la fuente principal de los cambios fenotípicos que llevan a la adaptación mediante la selección natural. Pero no olvidemos el simbioma (todo el material genético de la microbiota acompañante) como posible mecanismo adicional de evolución y adaptabilidad al medio.

El último párrafo de El origen de las especies ha maravillado a generaciones de científicos. Y aún nos maravilla:

Es interesante contemplar una ribera intrincada, revestida de muchas plantas de muchas clases, con aves […]. Hay grandeza en esta visión de que la vida, con todos sus poderes diversos, ha sido originalmente insuflada en unas pocas formas o en una sola; y que, mientras este planeta ha ido girando según la ley fija de la gravedad, a partir de un principio tan simple, una infinidad de formas de lo más bellas y maravillosas han evolucionado.

Esta es la primera vez, y la última, ya que el libro acaba con ella, que Darwin utiliza esta palabra que muy pronto caracterizaría todo su pensamiento: «evolución». Prácticamente no hay ningún organismo que viva aislado; siempre se encuentra en un ambiente donde viven muchos organismos más. La evolución –como también decía Margalef– tiene que bailar al ritmo de los cambios constantes del ambiente, y solo sobrevivirán los organismos mejor adaptados a un determinado ambiente.

Ricard Guerrero. Dep. de Microbiología, Universidad de Barcelona.
Mercè Berlanga. Dep. de Microbiología y Parasitología Sanitarias, Universitat de Barcelona.
Carles Puche. Ilustrador, Barcelona.
© Mètode 73, Primavera 2012.

   
© Mètode 2012 - 73. La fuerza del mundo - Primavera 2012