La asociación microbiana extraña muestra cómo la vida compleja puede haber evolucionado

Los microbios de una bahía remota en Australia Occidental parecen conectarse entre sí con pequeños tubos, formando una relación que puede reflejar un paso temprano en La evolución de la vida compleja.

En Shark Bay, o Gathaagudu en el idioma indígena de Malgana, los microbios forman comunidades viscosas de múltiples capas llamadas esteras microbianas. Es un ambiente duro maltratado por las mareas y los cambios de temperatura, pero estas comunidades de bacterias y otro tipo de organismo unicelular llamado Archaea han sobrevivido aquí durante decenas de miles de años. A menudo viven en simbiosis entre sí, construyendo sus comunidades en formaciones sedimentarias en capas llamadas estromatolitas.

“Las esteras se forman en condiciones hiper-salino con altos niveles de rayos UV. Son golpeados con ciclones. Casi todo parece aplastar estas cosas, pero aún parecen pasar el rato”, dice Brendan Burns en la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney.

Son análogos modernos de cómo las comunidades de microbios pueden haber vivido juntos hace miles de millones de años cuando la vida compleja evolucionó por primera vez, dice. Esto se teoriza haber sucedido cuando las bacterias y la arquea se volvieron tan mutuamente que el uno del otro Las bacterias terminaron viviendo dentro de la arqueacreando células más complejas conocidas como eucariotas.

Burns y sus colegas trajeron algunas de estas comunidades de alfombrillas microbianas a su laboratorio e intentaron cultivar los organismos en condiciones de alta extracción y bajo oxígeno.

Terminaron con un cultivo de solo una especie de bacterias, Estromatodesulfovibrio nilemahensisy un recién llamado arqueón, Nerearchaeum marumarumayaede un grupo llamado el Asgard Archaea. Estas arqueas llevan el nombre de la casa de los dioses en la mitología nórdica y se cree que son los parientes vivos más cercanos de las células eucariotas, que componen nuestros cuerpos y los de otros animales y plantas.

“Esos organismos parecen interactuar directamente entre sí y intercambiar nutrientes”, dice el miembro del equipo Iain Duggin en la Universidad de Tecnología Sydney. El equipo no tiene evidencia directa para eso, pero sí tienen secuencias genómicas completas, lo que les permite inferir cómo funcionan los metabolismos de ambos organismos.

La secuenciación mostró que la bacteria fabrica aminoácidos y vitaminas, y el arqueón produce hidrógeno y compuestos como acetato, formato y sulfito. Ambos conjuntos de productos no están hechos por las otras especies, sino que serían necesarias por ellos.

Los investigadores también vieron sugerencias de que las dos especies estaban interactuando directamente. “Lo que observamos es lo que estamos llamando nanotubos”, dice Duggin. “Pequeños tubos que parecen ser hechos por la bacteria y se conectan directamente al exterior de la célula Asgard”.

En lo que pudo haber sido parte de la cooperación, las células Archaeon produjeron cadenas de vesículas, estructuras similares a SAC que las células usan para transportar moléculas, unidas por fibras extracelulares. Duggin dice que las pequeñas vesículas del arqueón parecen estar interactuando con los nanotubos generados por la bacteria.

“Los nanotúbulos pueden ser demasiado delgados para ser conductos, pero podrían ayudar a unir las células en una especie de unión multicelular que les permite compartir mejor los recursos”, dice Duggin.

Los investigadores también encontraron secuencias del genoma que codifican proteínas que nunca antes se habían visto, y una proteína que tiene aproximadamente 5500 aminoácidos de largo, que es muy grande para una especie arqueal, que tiene similitudes con las proteínas en los músculos humanos. “No estoy suponiendo que sea una proteína muscular humana, pero sugiere que la evolución de esas proteínas podría haber comenzado hace mucho tiempo”, dice el miembro del equipo Kate Michie en la Universidad de Nueva Gales del Sur.

“Lo que me parece más interesante son estas conexiones directas de nanotubos entre las bacterias y la arquea”, dice Puri López-García en la Universidad de París-Saclay en Francia. “Esto no se ha observado en culturas anteriores”.

Sin embargo, es difícil saber qué están haciendo realmente las bacterias y las arqueas, dice Buzz Baum en el Laboratorio MRC de Biología Molecular en Cambridge, Reino Unido. “Las bacterias y las arqueas están en guerra y paz entre sí”, dice. “Se están tocando, compartiendo, luchando y quién sabe lo que está pasando”.

Duggin piensa que en este caso es más probable que sea la paz que la guerra. “Debido a que estos organismos han terminado juntos en nuestras culturas después de cuatro o más años, creemos que no les importa la compañía del otro y probablemente se llevan bastante bien”, dice.

Burns y sus colegas proponen que lo que han visto pueden reflejar un paso temprano en la evolución de las células eucariotas en esteras microbianas, que Roland Hatzenpichler en la Universidad Estatal de Montana dice que podría ser posible.

“Los resultados del estudio muestran que las arqueas de Asgard recién encontradas interactúan directamente con bacterias reductoras de sulfato, lo que podría proporcionar una fuerza impulsora a mucho más cerca, y en última instancia posiblemente obligada [dependent] – Interacción ”, dice.

Sin embargo, esto podría no ser lo que sucedió hace más de 2 mil millones de años, dice López-García. “Estas son las arqueas modernas y las bacterias modernas, aunque los lodos microbianos en los que viven pueden considerarse análogos de algunos ecosistemas pasados”.

Es posible que nunca sepamos hasta qué punto los microbios modernos se parecen a las células que se asociaron para formar la célula proto-eucariota, dice Hatzenpichler. “Pero ahora estamos en una mejor posición que nunca para abordar la verdad”.

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