Una vieja hipótesis sobre el origen de la vida ha recibido un nuevo espaldarazo

 Durante los últimos 2.000 millones de años, la vida en la Tierra pasó de estar conformada por sencillos organismos unicelulares a complejas formas de vida en las que miles de millones de estas se coordinan entre sí. Todo esto se lo debemos a un importante cambio acontecido en el interior de aquellas simples células: la aparición de los orgánulos.

Los orgánulos son una serie de estructuras internas de la célula. Entre los orgánulos celulares los más conocidos son las mitocondrias, que proveen de energía a la célula; los cloroplastos, que realizan la fotosíntesis para las células de las plantas; y los núcleos, donde se “almacena” la mayor parte de la información genética de la célula.

Por analogía podríamos comparar los orgánulos de una célula con los órganos de un animal, solíamos considerar que estos cuentan con estructuras y tareas definidas que permiten el correcto funcionamiento del organismo. Poco a poco nos hemos dado cuenta de que su estructura puede llegar a ser un poco más difusa de lo que creíamos.

Todo por culpa de unos orgánulos atípicos: los condensados biomoleculares.

La clave está en la membrana. Hasta hace unos años creíamos que los orgánulos tenían una estructura determinada y acotada por una membrana. Esta membrana separa el interior del orgánulo del resto de la célula.

Según explica Allan Albig, de la Universidad del Estatal en Boise, en un artículo para The Conversation, esta concepción fue desvaneciéndose a lo largo de las últimas décadas. Esto se debe al descubrimiento de lo  condensados biomoleculares, grupos de moléculas (proteínas y cadenas de ARN) que se aglomeran en pequeñas burbujas o gotas para desarrollar su función.

Si no tienen membrana, ¿cómo se organizan? Como los orgánulos convencionales, en los  condensados biomoleculares las moléculas que los conforman se condensan de forma natural sin necesidad de algo que las acote. Como el aceite en el agua, estos compuestos tienden a compactarse y a mantenerse diferenciados del líquido en el que flotan.

Las burbujas pueden moverse, dividirse o juntarse dentro del interior celular pero el condensado se mantiene compacto, en pequeñas gotas, un líquido dentro de otro líquido. Esto tiene ventajas, como facilitar la interacción entre las moléculas del interior y del exterior del orgánulo.

Desde el descubrimiento de estos orgánulos, la comunidad científica ha detectado una treintena de ellos. Esto es más llamativo si tenemos en cuenta que tan solo conocemos una docena de orgánulos con membrana. “Aun siendo fáciles de identificar una vez sabes qué es lo que buscas, es difícil enterarse de qué hacen exactamente los condensados biomoleculares”, señala Albig en su artículo.

Revelando secretos

El descubrimiento de estos orgánulos, continúa explicando Albig, puede ayudarnos a resolver algunas cuestiones del funcionamiento interno de las células, pero también ha generado nuevas incógnitas. También ha reabierto un curioso debate, el de cómo clasificamos las células.

Señalábamos al principio que los orgánulos habían sido determinantes al permitir la aparición de células complejas, las eucariotas. Estas se distinguen de las células procariotas, más sencillas, precisamente en la presencia de orgánulos.

Sin embargo ahora sabemos que algunas bacterias cuentan con proteínas "desestructuradas" (también llamadas "proteínas intrínsecamente desordenadas"), proteínas con segmentos en los que su estructura puede variar, en contraste con las proteínas convencionales, donde la estructura es clave para el desarrollo de su función. Estas son también las proteínas que encontramos en los condensados biomoleculares.

Esto nos lleva a pensar que los organismos procariotas como las bacterias pueden tener orgánulos pese a que estos no cuenten con membrana, en contraste con la idea que teníamos del interior de estas células como una masa informe de proteínas e información genética. Es decir, la “frontera” entre las eucariotas y las procariotas podría estar más en una membrana que en la presencia de orgánulos.

Esto a su vez tendría implicaciones en cómo vemos la evolución de las células y organismos complejos en la Tierra, concluye Albig. Las membranas celulares son tan omnipresentes en la vida que, los científicos asumían, debían haber estado presentes cuando los nucleótidos, los “ladrillos” de ADN y ARN comenzaron a juntarse.

El problema es que los lípidos que forman estas membranas aún no se habían formado. ¿Cómo podían entonces haberse juntado y entrelazado estos nucleótidos para crear cadenas de ARN? Sin huevo, difícilmente podría haber gallina. Pues la respuesta, para Albig, podría estar en los conglomerados biomoleculares.

Cita un estudio reciente, publicado en la revista Molecullar Cell, en el que se observaba cómo moléculas de ARN podían generar las condiciones para la formación de un concentrado biomolecular. Este descubrimiento refuerza, por tanto, una hipótesis del origen de la vida basada en el surgimiento de cadenas de ARN, la hipótesis del mundo de ARN.

Cómo algunos peces transformaron sus aletas en patas

 Las vacas y los rubios, pertenecientes a la familia Triglidae –orden Scorpaeniformes–, son un grupo de peces marinos que llaman la atención por sus alas de pájaro, patas de cangrejo y cuerpo de pez. Viven en mares y estuarios de aguas templadas y tropicales, y su nombre proviene del griego “trigla”, que significa salmonete rojo, en referencia a su parecido con este pez. 

Entre las características más llamativas de los Triglidae se encuentran sus aletas pectorales agrandadas y los colores llamativos, como de aves, que presentan algunas especies. Pero lo que realmente sorprende es la presencia de seis apéndices, parecidos a “patas”, que se separan de las aletas y sirven tanto para la locomoción como para la detección sensorial del entorno.

Este conjunto de “patas” no es solo una peculiaridad visual. En realidad, representan un notable avance evolutivo que ha permitido a estos peces caminar sobre el fondo marino, escarbar en la arena y detectar presas ocultas bajo ella. Dichas adaptaciones ofrecen una ventana única para entender cómo los organismos pueden modificar estructuras existentes para generar nuevas funciones, un fenómeno clave en la evolución de las especies.

Un misterio evolutivo

Durante mucho tiempo, los estudios evolutivos se han centrado en la pérdida de características. Ejemplos como la desaparición de extremidades en serpientes o la reducción de placas en peces espinosos son clásicos dentro de la biología. Estos cambios, a menudo impulsados por mutaciones en loci genéticos clave, permiten que el organismo evite consecuencias negativas y, a su vez, concentran los efectos evolutivos en tejidos específicos.

Se ha explorado menos sobre cómo las especies ganan nuevas características. Las patas de los Triglidae, derivadas de los radios de sus aletas pectorales, son un claro ejemplo de cambios en la musculatura y el esqueleto, pero también en el sistema nervioso. 

Prionotus carolinus o rubio de mar. Jonathan Layman / Wikimedia Commons., CC BY

Cuando los investigadores secuenciaron el genoma de este pez, descubrieron el papel de un gen llamado tbx3a (una variación de tbx3, que también ayuda a formar extremidades en los humanos). Para relacionarlo con las patas de la Trigla, emplearon la edición genética CRISPR, modificando tbx3a. Y observaron que algunos peces nacían con pequeñas protuberancias, más similares a aletas que a patas. Otros tenían solo un par de patas y otros cinco pares.

La adaptación sensitiva: un sistema complejo

En distintos experimentos, se escondieron moluscos bajo la arena y se comprobó la habilidad de diferentes especies de Trigla para encontrarlos a distintas profundidades. También, escondieron cápsulas con aminoácidos y olores de moluscos para confirmar que los peces detectaban productos químicos de las presas y no solo sus formas y tamaños.

Resulta que las patas de las Triglas están cubiertas de pequeñas protuberancias similares a las papilas de nuestra lengua. “Prueban” a su presa por encima de la arena antes de desenterrarla. Esta capacidad sensorial les permite prosperar en un entorno donde las fuentes de alimento suelen estar enterradas y lejos de su visión.

En experimentos de comportamiento, estos peces alternaban entre nadar y caminar, raspando el suelo marino con sus “patas”. Esto sugiere un uso sensorial de estos apéndices. Curiosamente, solo dos especies tenían células gustativas en las patas. Esto sugiere que las patas evolucionaron primero como patas y, luego, unas pocas especies desarrollaron un hardware sensorial. Y para acabar de complicar el thriller, otras especies de Trigla pueden percibir algunas sustancias químicas con sus patas sin moléculas receptoras del gusto o protuberancias similares a papilas.

Comparando especies: excavadoras y no excavadoras

Durante el curso de esta investigación, los científicos hicieron un descubrimiento inesperado: una segunda especie de rubio, el Prionotus evolans, posee apéndices similares a patas, pero no los utiliza para excavar. A diferencia del Prionotus carolinus, que excava activamente para encontrar presas ocultas, este usa sus patas principalmente para la locomoción y para sondear presas visibles. 

Este contraste en comportamiento sugiere una especialización evolutiva de las patas en diferentes especies.

Esqueleto de Prionotus evolans. Wikimedia Commons., CC BY

Al examinar más de cerca la estructura de sus apéndices, los investigadores encontraron diferencias significativas. Las patas de P. carolinus tienen forma de pala, están cubiertas de papilas y muestran una mejor sensibilidad táctil. En cambio, las de P. evolans son más simples, en forma de vara, y sin papilas especializadas para ayudar a los rubios excavadores a detectar presas.

Así, el desarrollo de patas con capacidad sensorial en los rubios ofrece un ejemplo fascinante de cómo la evolución puede generar rasgos complejos a partir de estructuras ya existentes. Esta adaptación no solo mejora su capacidad para encontrar presas, sino que también ilustra cómo las innovaciones evolutivas pueden empujar a una especie hacia nuevos nichos ecológicos.