¿Microbiología o mitología nórdica? Las fascinantes arqueas de Asgard

Thor, Odin, Heimdall… hay todo un grupo de arqueas que reciben el nombre de los dioses nórdicos, encabezados por Loki, que pueden ser la clave de la evolución de la vida compleja.

 

Desde que el último ancestro común universal —o LUCA— comenzó a diversificarse, surgieron dos linajes claramente diferenciados. El linaje de las bacterias, y el de las arqueas. Las arqueas son organismos procariotas —sin núcleo celular— pero con unas características únicas que las diferencian de las bacterias. Hasta aquí, todo está bastante claro. Pero el siguiente paso del proceso ya es más complicado.

El origen de la célula eucariota —células con núcleo, como las de los humanos— ha resultado ser uno de los rompecabezas más polémicos y difíciles de resolver de la biología evolutiva; sin embargo, sabemos que tienen una mayor proximidad al linaje de las arqueas que al de las bacterias. Muchos estudios han soportado la idea de que los primeros eucariotas debieron evolucionar a partir de arqueas, pero la identidad y la naturaleza de ese antepasado arquea ha sido una pregunta particularmente complicada de responder.

Esquema de clasificación según tres dominios (izquierda) y dos dominios (derecha); elaboración propia a partir de Xie et al. (2022)
Esquema de clasificación según tres dominios (izquierda) y dos dominios (derecha); elaboración propia a partir de Xie et al. (2022)

¿Se separaron las eucariotas de las arqueas antes de que ellas se diversificaran o, por el contrario, proceden de un grupo específico de arqueas? Si la solución correcta es la primera, entonces la vida se compone de tres dominios separados: bacterias, arqueas y eucariotas (rojo, verde y azul en la imagen izquierda). Pero, si la correcta es la alternativa, la vida solo estaría formada por dos dominios reales: bacterias y arqueas (rojo y cian en la imagen derecha), y los organismos eucariotas solo serían una forma extraña y particular, evolucionada desde arqueas y por tanto, pertenecientes a ese dominio; del mismo modo que las aves son, en realidad, un grupo de dinosaurios. La respuesta a esa pregunta no solo resolvería un complejo rompecabezas, sino que además forma parte de la respuesta a la gran pregunta: “¿de donde venimos?”.

Sabiduría necesita quien lejos viaja, en casa todo es fácil.
Hávamál, gestaþáttr

Durante el año 2015, un grupo de investigadores de la Universidad de Uppsala, Suecia, descubrió un nuevo linaje de arqueas en el fondo del mar, cerca de las fuentes hidrotermales que emergen, entre Noruega y Groenlandia, en el extremo norte de la dorsal atlántica; un escarpado paraje a más de 2000 metros de profundidad, muy cercano a una formación que recibe el nombre del Castillo de Loki. Y ese nuevo linaje resultó ser mucho más importante de lo que se podría pensar en un principio.

Castillo de Loki (R.B. Pedersen)
Castillo de Loki (R.B. Pedersen)

Loki, Thor, Heimdall, y otras arqueas

En su descubrimiento ya se observó que se trataba de un grupo de arqueas excepcional. Su genoma codificaba para un amplio repertorio de proteínas que, hasta entonces, se pensaba que eran propias de las eucariotas, y mostraba una gran capacidad de remodelar sus membranas celulares. ¿Podría ser la respuesta a ese gran dilema que atenazaba a la biología evolutiva?

Son organismos con rasgos ambiguos, pertenecientes a un grupo pero con características de otro, como un gigante que se hace pasar por un dios. Organismos capaces de remodelar sus membranas, como quien cambia de piel y adquiere aspectos distintos con su poder de transformación. Organismos clave en un dilema controvertido y que ha generado confusión a los científicos. Organismos descubiertos cerca de una región cuyo nombre es el Castillo de Loki.

Aquellos investigadores no pudieron encontrar más excusas para darle nombre al nuevo linaje descubierto: Lokiarchaeota.

Fotografía en microscopio electrónico de barrido de la arquea de Loki MK-D1 (Imachi et al., 2020)
Fotografía en microscopio electrónico de barrido de la arquea de Loki MK-D1 (Imachi et al., 2020)

Pero era el principio. En pocos años, más y más arqueas íntimamente relacionadas con las de Loki se fueron encontrando, nuevos grupos filogenéticamente relacionados entre sí, con capacidades únicas y distintas al resto de las arqueas. Recibieron el nombre de ‘arqueas de Asgard’, el hogar de los dioses nórdicos. Otros Aesir y Vanir recibieron el honor de ser los portavoces de los nuevos grupos de arqueas. Por supuesto, Odin, Padre de Todos, recibió su clado Odinarchaeota, íntimamente relacionado con los grupos que reciben sus nombres en honor a Baldr, Hermod y Thor —tres de los hijos de Odin—.

Los gigantes Kari, Gerd y Jord —madre de Thor—, Hodar, el dios ciego o Heimdall, el vigilante, también tienen sus grupos de arqueas, e incluso la aterradora diosa del inframundo, Hela, hija de Loki, ha recibido tal honor. Entre los grupos más basales en la filogenia —es decir, con rasgos más primitivos— encontramos un grupo en honor a Borr, padre de Odin.

Recientes estudios han encontrado aún más linajes, cuyos nombres propuestos otorgan el honor a Sigyn, la esposa de Loki; Njord, dios del mar —con unos hermosos pies, según dice el mito—, Sif, esposa de Thor, y Freyr, hijo de Njord y dios de la lluvia y de la fertilidad junto a su hermana Freyja.

Odin, deidad principal nórdica, en su trono de Asgard (Carl Gehrts 1899, Die Gartenlaube)
Odin, deidad principal nórdica, en su trono de Asgard (Carl Gehrts 1899, Die Gartenlaube)

Entre todo este panteón de arqueas de nombres nórdicos se infiltra, no obstante, un visitante inesperado procedente de otra mitología: el grupo Wukongarchaeota, que recibe el nombre en honor al rey mono Sun Wukong, de la cultura china de la dinastía Tang. Un intento de los investigadores que descubrieron el linaje, asociados a la Universidad de Shenzhen, en China, de incorporar una pizca de su mitología en el nórdico entramado de las arqueas de Asgard.

La importancia de las arqueas de Asgard

El estudio de estas arqueas no resulta sencillo. Son organismos difíciles de obtener. Las primeras muestras ni siquiera pudieron ser cultivables; se obtuvieron los datos genómicos desde muestras directas obtenidas del ambiente.

Con el tiempo se han ido incorporando nuevas muestras, incluso se ha logrado cultivar una especie de arquea de Loki. Desde el principio, proporcionaron a los investigadores un fuerte soporte en forma de pruebas científicas de que, probablemente, el ancestro arqueano de las células eucariotas formase parte del mismo grupo, es decir, que todas las eucariotas probablemente descienden —o mejor dicho, descendemos— de las arqueas de Asgard. Posteriores descubrimientos han encontrado pruebas de la existencia de nucleoides condensados en algunas arqueas de Asgard que podrían ser los precursores del núcleo celular de las eucariotas. Sin embargo, la conclusión no es tan sólida como hubieran querido los investigadores.

Sé que colgué del árbol azotado por el viento, (...) de aquel
árbol del que nadie sabe el origen de sus raíces
Hávamál; rúnatal.

Hay otra hipótesis que puede explicar la aparente proximidad entre las características de estas arqueas y las eucariotas. La transferencia horizontal de genes es un proceso mediante el cual un organismo transmite genes a otro organismo distinto —ya sea de forma directa o indirecta, por ejemplo, mediante virus—, causando lo que podríamos denominar transgénicos naturales. Es un proceso que hasta hace poco se creía marginal, pero que en realidad ha sucedido con frecuencia en la historia de la evolución, y entre organismos unicelulares procariotas, como pueden ser bacterias o arqueas, se puede dar con muchísima facilidad.

Existe la posibilidad de que las arqueas ancestrales de las células eucariotas, o incluso las primeras eucariotas auténticas, transfirieran los genes que codifican para sus proteínas a los ancestros de las arqueas de Asgard, y que ese sea el motivo por el que encontremos hoy esos genes en Thor, Loki y compañía.

Esa hipótesis está reforzada por el hecho de que el paso de la más compleja de las arqueas de Asgard a la más simple de las células eucariotas implica muchas transiciones evolutivas que aún no han sido observadas en la naturaleza. Sin embargo, estos procesos debieron darse necesariamente en algún grupo, dado que los eucariotas existen, por lo que esta hipótesis solo desplaza el problema a otro lugar ignoto.

Esquema de clasificación según tres dominios (izquierda) y dos dominios (derecha) con las arqueas de Asgard destacadas; elaboración propia a partir de Xie et al. (2022)
Esquema de clasificación según tres dominios (izquierda) y dos dominios (derecha) con las arqueas de Asgard destacadas; elaboración propia a partir de Xie et al. (2022)

Resolver este dilema es muy relevante en cuanto a la propia clasificación de los seres vivos. Si la hipótesis de la transferencia horizontal es la respuesta correcta, el origen de los eucariotas seguiría siendo una incógnita, y probablemente estaríamos en un escenario de tres dominios, donde el linaje de las bacterias se separa en primer lugar, y de la segunda rama divergen dos dominios, las arqueas por un lado, y las eucariotas por otro, aún no sabemos cómo. 

Sin embargo, si realmente las arqueas de Asgard son los verdaderos ancestros de los organismos eucariotas, estaríamos ante una clasificación con tan solo dos dominios: bacterias y arqueas. Y todos los organismos eucariotas serían formas extraordinariamente evolucionadas de arqueas de Asgard.

Como suele ser habitual, el debate científico continúa, y será necesaria mucha más investigación hasta obtener conclusiones sólidas. Pero si resulta que se resuelve a favor de la hipótesis ancestral asgardiana, nosotros los humanos, como organismos eucariotas, seríamos descendientes de Asgard.

Referencias:

Imachi, H. et al. 2020. Isolation of an archaeon at the prokaryote–eukaryote interface. Nature, 577(7791), 519-525. DOI: 10.1038/s41586-019-1916-6

Liu, Y. et al. 2021. Expanded diversity of Asgard archaea and their relationships with eukaryotes. Nature, 593(7860), 553-557. DOI: 10.1038/s41586-021-03494-3

Spang, A. et al. 2015. Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes. Nature, 521(7551), 173-179. DOI: 10.1038/nature14447

Xie, R. et al. 2022. Expanding Asgard members in the domain of Archaea sheds new light on the origin of eukaryotes. Science China Life Sciences, 65(4), 818-829. DOI: 10.1007/s11427-021-1969-6

Vary (Álvaro Bayón)

Vary (Álvaro Bayón)

Soy doctor en biología, especializado en especies invasoras. Intento divulgar sobre ciencia y naturaleza mientras lucho férreamente contra las pseudociencias y el pensamiento mágico. Cuando me queda tiempo, cazo pokémon y hago artesanía. Además, soy (un poco) adicto al twitter.

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