El Viaje Evolutivo: De la Simbiosis a la Endosimbiosis

El programa es organizado por la Academia Mexicana de Ciencias y la UAM Iztapalapa, coordinado por la Oficina de Extensión Universitaria y las Oficinas de Divulgación Científica. Se transmite desde el centro cultural Casa de las Bombas. El presentador da la bienvenida al público e introduce al invitado especial del día.

El conferencista invitado es un distinguido biólogo y miembro del Colegio Nacional e investigador en la Facultad de Ciencias de la UNAM. Se especializa en la evolución temprana y el origen de la vida, habiendo escrito más de 150 artículos de investigación, 70 artículos de divulgación científica y 16 libros. Algunos títulos destacados incluyen 'El Origen de la Vida', 'Evolución Química' y 'Evolución Biológica'. Ha recibido varios premios, incluido el Premio Universidad Nacional en 2007 y el Premio de Ciencia Distinguida Charles Darwin en 2013.

El orador invitado expresa gratitud por la invitación a hablar, enfatizando la importancia de la comunicación científica para una sociedad equilibrada, justa y democrática. Reconoce los esfuerzos de organizaciones como la Academia Mexicana de Ciencias, la UAM, la UNAM y el Colegio Nacional en la promoción de actividades culturales. A pesar del formato virtual, aprecia la oportunidad de discutir temas biológicos esenciales, centrándose particularmente en los mecanismos de evolución en células con membrana nuclear.

El orador introdujo el concepto de simbiosis como un mecanismo de evolución en una charla llamada 'Simbiosis Silenciosa' para resaltar cómo cambió la percepción de hacer ciencia. La charla enfatizó la importancia de la evolución celular.

El papel fundamental de Charles Darwin en la formación de la teoría evolutiva fue discutido, especialmente su publicación de 1859 'El origen de las especies por medio de la selección natural'. El trabajo de Darwin estableció la evolución como un hecho e introdujo la selección natural como un mecanismo fundamental en el proceso evolutivo.

Las ilustraciones limitadas de Darwin en 'El origen de las especies' incluían un dibujo significativo que representaba especies contemporáneas hipotéticas y sus relaciones evolutivas. El dibujo mostraba la divergencia de especies de un ancestro compartido, resaltando el proceso evolutivo como una hipótesis.

Ernst Haeckel, un destacado seguidor de Charles Darwin, propuso una perspectiva única sobre la clasificación de los organismos vivos. Reconoció a los microorganismos como un reino separado y sugirió que no solo eran parte del árbol evolutivo, sino también los ancestros de las plantas y los animales. Esta perspectiva enfatizó la interconexión de todas las formas de vida y los antiguos orígenes de los microorganismos.

Heikel propuso la división de los microorganismos en protistas, específicamente moneras, que carecían de una membrana nuclear distinguible. Este concepto desafió la visión tradicional de los microorganismos como divisiones fundamentales como las plantas y los animales. Él enfatizó la importancia del núcleo como el principal órgano de herencia y el plasma o protoplasma como el principal órgano de adaptación.

En la última parte del siglo XIX y principios del siglo XX, si bien muchos aceptaban la idea de la evolución, existía resistencia al concepto de selección natural. Se propusieron explicaciones alternativas como el mutacionismo y la simbiosis para explicar la diversidad biológica. Algunos, como los de la comunidad científica rusa, rechazaron el mutacionismo y consideraron la simbiosis como un mecanismo central en la evolución, enfatizando la cooperación entre organismos.

Algunos autores rechazaron las ideas de Darwin, creyendo que la evolución no requería competencia como se implicaba en las descripciones del darwinismo de Simon. Pensaban que la cooperación podía existir sin competencia.

Príncipe Kropotkin, miembro de una antigua familia rusa, demostró habilidades excepcionales como naturalista en Siberia. Reconoció el papel de la simbiosis en la naturaleza e intentó basar la equidad social en principios simbióticos, inspirándose en líquenes.

La idea de basar la evolución social en principios biológicos, como la simbiosis, fue criticada como peligrosa. Extrapolando ideas de la física o la biología a la evolución social se consideró arriesgado y no necesariamente aplicable.

En el siglo XIX, los avances en microscopía llevaron a ideas refinadas sobre la evolución y la estructura celular. El descubrimiento de la reproducción de los cloroplastos por división fue central, lo que llevó a la comprensión de los cloroplastos como procariotas dentro de las células.

Merezhkovsky propuso una teoría de evolución simbiótica con dos orígenes distintos de la vida: los moneras dando origen a plantas y animales, y los biococos llevando a los hongos. Sugirió que los microorganismos podrían haber ingresado a los moneras, llevando a la diversificación de las formas de vida.

Lynn Margulis propuso la teoría endosimbiótica, sugiriendo que las mitocondrias y los cloroplastos se originaron a partir de relaciones simbióticas entre antiguas células procariotas y células eucariotas. Esta teoría explica la presencia de cianobacterias, diatomeas y algas rojas como descendientes de estos eventos simbióticos, llevando eventualmente al desarrollo de las plantas. Las ideas de Margulis, aunque inicialmente recibieron escepticismo, ganaron reconocimiento e influenciaron más investigaciones en biología evolutiva.

Edwin Wilson, un excepcional biólogo estadounidense, enfatizó el papel de las células en el desarrollo y la herencia. Su innovador libro, publicado a finales del siglo XIX, rápidamente le valió la membresía en la Academia Nacional de Ciencias. El trabajo de Wilson, que destacaba la importancia de la biología celular, fue ampliamente estudiado en cursos de doctorado en los Estados Unidos, reflejando sus profundos conocimientos y perspicacia en el campo.

En la década de 1960, microbiólogos como Ratón y Royeres argumentaron que la división fundamental en biología era entre procariontes y eucariontes, basada en la presencia o ausencia de una membrana nuclear. Esta perspectiva desafió la dicotomía tradicional planta-animal, enfatizando la importancia de la estructura celular en la definición de categorías biológicas. La distinción entre procariontes y eucariontes se estableció bien y fue ampliamente aceptada dentro de la comunidad científica.

En 1967, Lynn Margulis, una bióloga, publicó un artículo proponiendo la teoría endosimbiótica de la evolución de las células eucariotas. A pesar de enfrentar rechazos de varias revistas, incluyendo 14 rechazos, debido a prejuicios de género, con una carta de rechazo sugiriendo que las mujeres deberían enfocarse en las tareas del hogar en lugar de proponer teorías científicas, Margulis persistió. Su artículo eventualmente llamó la atención del físico Daniel Sagan, quien lo publicó. El matrimonio de Margulis con Carl Sagan la conectó con la emergente comunidad de planetólogos a finales de los años 50 y 60, influenciada por la carrera espacial y el desarrollo de la NASA.

El innovador artículo de Lynn Margulis propuso la teoría de la endosimbiosis en detalle, sugiriendo que las moneras y las bacterias experimentan simbiosis, con las bacterias evolucionando en mitocondrias. Describió un proceso simbiótico que involucra espiroquetas, dando lugar a la aparición de protistas, amoeboflagelados ancestrales, hongos y eventualmente animales y plantas. El trabajo de Margulis se hizo famoso en México y América Latina, estableciéndola como una figura prominente en biología durante más de 50 años.

Lynn Margulis enfrentó desafíos significativos al proponer su teoría. En primer lugar, existía un prejuicio predominante de que los microbios eran agentes patógenos, contrario a su visión de ellos como esenciales para los organismos. En segundo lugar, la dominancia del neodarwinismo llevó a la creencia de que solo las mutaciones puntuales impulsaban la diversidad biológica, entrando en conflicto con el énfasis de Margulis en la simbiosis. Además, ser mujer en un campo académico dominado por hombres añadió mayor complejidad al rechazo de sus ideas.

Para cuando Margulis publicó su artículo, las ciencias biológicas se habían desplazado hacia la molecularización, centrándose en la replicación del ADN, los ribosomas y las estructuras de proteínas. Este cambio marginó las visiones centradas en los organismos, con poca atención a los lípidos. Margulis, una naturalista dedicada al mundo microbiano, enfrentó críticas dentro de este contexto por su énfasis en la simbiosis.

A pesar de las críticas, la teoría de Margulis fue respaldada por evidencia biológica convincente. La división de los cloroplastos a través de la partición y su posesión de ADN contradecían las teorías convencionales. Margulis predijo con precisión que el ADN de los cloroplastos sería homólogo al ADN cianobacteriano, una idea novedosa que desafía las imágenes evolutivas tradicionales. Esta predicción se extendió a las mitocondrias, reforzando el concepto de endosimbiosis.

Margulis enfatizó la topología única de las células eucariotas, especialmente la naturaleza flexible de la membrana nuclear. Las mitocondrias y los cloroplastos, como se muestra en los diagramas, están topológicamente fuera de la célula eucariota, un concepto que desafía las vistas anatómicas tradicionales. Esta disposición celular distintiva subraya la importancia evolutiva de las relaciones simbióticas dentro de los organismos eucariotas.

Lynn Margulis utilizó la analogía de un tubo donde las cosas entran por la boca, salen por el ano, y el estómago es solo una estructura dentro del tubo. Comparó esto con monedas en un bolsillo de pantalón, donde las monedas están fuera del bolsillo, ilustrando la distribución topológica de las mitocondrias y cloroplastos para apoyar la idea de estructuras simbióticas siendo externas.

Lynn Margulis desarrolló ideas refinadas debido a su capacidad para integrar vastos conocimientos biológicos. La situación única en los Estados Unidos durante la década de 1960, con un aumento en la financiación para la investigación científica después del lanzamiento de Sputnik, llevó al establecimiento de la Fundación Nacional de Ciencias y un importante apoyo financiero para las universidades, fomentando el crecimiento de las ciencias planetarias a través de la NASA.

En la década de 1960, surgió una nueva visión del planeta cuando geofísicos como Wagner y Marshall reconocieron a los microorganismos como agentes de cambio geológico. Propusieron un cambio en la comprensión de la evolución atmosférica, atribuyendo la transición de una atmósfera reductora a la actividad de cianobacterias. Además, los paleontólogos extendieron el registro paleontológico al Precámbrico temprano, resaltando la importancia de los microorganismos y procariontes en la formación del planeta.

En México, el Dr. Jesús Manuel León Cázares, profesor de la Facultad de Ciencias y miembro del Instituto de Fisiología Celular, desempeñó un papel crucial en la difusión de las ideas de Lynn Margulis. Invitó a Margulis a México en la década de 1970, donde sus ideas fueron bien recibidas y ampliamente aceptadas. A finales de la década de 1960, las ideas de Margulis ganaron una rápida aceptación en América Latina, especialmente en México, debido a la evidencia convincente que respalda la teoría endosimbiótica.

Lima Marwling discute el origen de las células eucariotas, destacando la presencia de contrapartes de vida libre de las mitocondrias y cloroplastos. Menciona la existencia de equivalentes bacterianos de estos orgánulos, enfatizando el concepto de herencia no mendeliana de cilios trasplantados en paramesia.

Contrariamente a creencias anteriores, Lima Marwling introduce el concepto de 'herencia cortical' o herencia estructural, que difiere del entendimiento tradicional de la reflexión del material genético en el cinetosoma.

Hace unos 50 años, Lima Marwling publicó el innovador libro 'El Origen de las Células Eucariontes', adentrándose en el origen endosimbiótico de los eucariotas y la evolución metabólica de los procariotas. Esta obra maestra fue seguida por 'Simbiosis', un trabajo refinado que resume datos de biología molecular, ultraestructura celular y registros fósiles de eucariotas y procariotas.

En su obra posterior 'Evolución', Lima Marwling presenta árboles evolutivos comparando la evolución celular tradicional con la evolución endosimbiótica. Propone una visión radical donde la vida se diversifica metabólica y estructuralmente, llevando a la simbiosis y la emergencia de eucariotas ancestrales, seguida por el desarrollo de plantas, hongos y animales.

Lima Marwling desafía la visión tradicional de la evolución gradual, abogando por un enfoque más radical que involucre procesos evolutivos rápidos a través de la simbiosis. Presenta una perspectiva diferente sobre el desarrollo de eucariotas, protistas, plantas, hongos y animales, enfatizando la interconexión y coevolución de diferentes formas de vida.

El orador discute los orígenes comunes de los procariotas y eucariotas, destacando cómo los procesos evolutivos muestran divergencia pero también fusión de ramas. Esto se ejemplifica por la presencia de organelos como las mitocondrias y cloroplastos en las células eucariotas, que son el resultado de la endosimbiosis.

Los eucariotas son aerobios obligados, requiriendo metabolitos como ácidos grasos insaturados y colesterol derivados del metabolismo aeróbico. Aunque algunos eucariotas como la levadura pueden someterse a fermentación anaeróbica, aún dependen de metabolitos aeróbicos para sobrevivir.

Los procariotas muestran respuestas variables a los niveles de oxígeno, con algunos siendo anaerobios obligados, otros microaerófilos y algunos aerobios obligados. Estas adaptaciones se atribuyen a la evolución gradual en entornos con concentraciones de oxígeno diferentes.

La presencia de una membrana nuclear bien definida en los eucariotas está vinculada a su aparición evolutiva en un entorno rico en oxígeno. Las membranas eucariotas exhiben un equilibrio entre estabilidad y flexibilidad, con variaciones en la composición de lípidos que afectan la fluidez y función de la membrana.

El colesterol juega un papel crucial en mantener la integridad de la membrana al insertarse en las bicapas lipídicas y regular la fluidez. A pesar de su mala reputación, el colesterol sirve como una solución evolutiva para mejorar la resistencia de la membrana y prevenir su ruptura.

La biosíntesis del colesterol requiere oxígeno en cuatro pasos oxidativos. La presencia de colesterol conduce a membranas flexibles, cruciales para la evolución eucariota. El esquema propuesto por Lima está estrechamente vinculado a la evolución atmosférica y la coevolución de la biosfera y la atmósfera.

Lynn Margulis reorganizó la taxonomía de los organismos vivos, introduciendo el concepto de Cinco Reinos en colaboración con Carlene Schwartz. Su libro 'Cinco Reinos' detalló características biológicas, revolucionando el campo de la taxonomía tras su publicación.

En 1977, Carl Woese y George Fox descubrieron el origen común de todos los seres vivos pero también identificaron una divergencia que llevó a las bacterias, arqueas y células eucariotas. Este descubrimiento se basó en el uso de ribosomas de ARN como marcadores evolutivos, desafiando creencias anteriores y remodelando la comprensión evolutiva.

El debate evolutivo entre Linn Marwellis y Car Wash giraba en torno al estudio de organismos versus moléculas. Linn enfatizaba el estudio de organismos para entender la evolución, mientras que Car Wash se centraba en el análisis molecular. Esta confrontación intelectual resaltaba sus puntos de vista complementarios, llevando a un choque violento de ideas y estilos científicos que quedó sin resolver. A pesar del conflicto, tanto Linn como Car Wash estaban trabajando esencialmente hacia el mismo objetivo de manera complementaria.

Lilymar intentó abordar las tensiones evolutivas proponiendo una nueva categoría evolutiva en el libro 'Reinos Endomes'. Este trabajo tuvo como objetivo reconciliar las diferentes perspectivas de Linn Marwellis y Car Wash al introducir el concepto de dominios biológicos. Sin embargo, esta propuesta no obtuvo una aceptación generalizada y no contribuyó significativamente a resolver las tensiones subyacentes en el debate evolutivo.

La discusión profundiza en los procesos de endosimbiosis, comparándolos con relaciones familiares incómodas. Destaca cómo los simbiontes, como Rizobium y Agrobacterium, pueden estar relacionados con parásitos y patógenos. Las relaciones evolutivas entre simbiontes revelan asociaciones complejas con eucariotas, a veces como parásitos, simbiontes o patógenos. Comprender estas relaciones es crucial para comprender los orígenes de las mitocondrias y las interacciones intrincadas entre los organismos.

Datos recientes proporcionan información sobre el proceso de endosimbiosis, sugiriendo una comprensión más matizada más allá de la depredación bacteriana. Algunas bacterias y arqueas muestran asociaciones íntimas, potencialmente llevando a relaciones endosimbióticas. El concepto de arqueas loki ejemplifica esta estrecha asociación, insinuando una historia evolutiva compleja que involucra capacidades respiratorias e interacciones simbióticas. Esta nueva perspectiva desafía las visiones tradicionales de la endosimbiosis y arroja luz sobre los orígenes de las mitocondrias.

Las arqueas tienen tentáculos que se adhieren a las bacterias, formando una asociación donde las arqueas atrapan a las bacterias. Esta relación es significativa ya que proporciona información sobre la evolución del núcleo y el citoplasma. El grupo Asgard de arqueas, encontrado en respiraderos hidrotermales en Escandinavia, exhibe rasgos eucarióticos como profilina, sistema de endomembranas y citoesqueleto de actina primitivo, sugiriendo un posible vínculo evolutivo con las mitocondrias.

El origen de las mitocondrias a partir de bacterias está bien establecido, pero las polimerasas de ARN y ADN únicas en las mitocondrias se asemejan a las de los virus, específicamente a los bacteriófagos. Esto indica una simbiosis compleja que involucra a arqueas, bacterias y fagos, lo que lleva a la evolución de las mitocondrias. Se necesita más estudio para comprender estos intrincados procesos evolutivos.

Estudiar microorganismos revela no solo diversidad biológica sino también rastros de relaciones simbióticas en la biosfera. Esto destaca cómo los organismos vivos modifican activamente su entorno, lo que a su vez moldea su evolución. Las contribuciones de Lynn Margulis para entender la simbiosis y la evolución son reconocidas como fundamentales en la expansión de nuestros horizontes intelectuales.

Los mecanismos evolutivos son diversos e incluyen la evolución darwiniana, mutaciones, transferencia génica y simbiosis. Entender los eucariotas implica considerar la endosimbiosis, donde las bacterias que ingresan a los procariotas sufren mutaciones y modificaciones, lo que lleva a la formación de consorcios íntimos.

La teoría de la endosimbiosis de Lynn Margulis difiere de la teoría de la endosimbiosis serial, ya que sugiere un proceso gradual de relaciones simbióticas que evolucionan con el tiempo, en lugar de una incorporación repentina y completa de un organismo en otro.

Charles Darwin, a pesar de carecer de una teoría genética sólida, reconoció la diversidad de poblaciones. Él enfatizó el papel de la diversidad en las poblaciones biológicas, reconociendo que contribuye a los procesos evolutivos, incluso sin un entendimiento detallado de la genética.

La topología de los eucariotas implica la formación de estructuras tridimensionales como la membrana nuclear y vacuolas que albergan organelos como las mitocondrias y los cloroplastos. Esta disposición permite funciones celulares eficientes y compartimentalización.

La evolución de las mitocondrias y cloroplastos dentro de las células eucariotas implica la transferencia horizontal de genes, donde los genes que regulan ciertas funciones migran de estos organelos al núcleo. Este proceso conduce a la pérdida de funciones redundantes y la optimización de los procesos celulares.

Los eventos endosimbióticos no siguen una acumulación lenta de mutaciones como tradicionalmente se creía. En cambio, cambios rápidos ocurren cuando una célula adquiere una vía metabólica completa de una bacteria simbiótica. Este proceso minimiza los cambios genéticos necesarios, haciendo la evolución más eficiente.

La audiencia expresa gratitud por la conferencia perspicaz y reconoce la experiencia del ponente. La sesión, organizada por la Academia Mexicana de Ciencias, concluye con cálidos saludos y esperanzas de futuras colaboraciones con el distinguido ponente.

El orador enfatiza que las pandemias, epidemias y enfermedades no son solo fenómenos médicos, sino también problemas sociales, económicos y políticos. Destacan la naturaleza interconectada de estos eventos y subrayan la importancia de considerar el contexto social más amplio para comprender y abordar las crisis de salud.

La evolución genética del virus se caracteriza por una rápida expansión pero una acumulación lenta de mutaciones. A diferencia de virus como el VIH o la influenza, este virus no está experimentando cambios rápidos. Este aspecto es considerado una debilidad por algunos autores, sugiriendo que cuando se desarrolle una vacuna, es posible que no sea altamente efectiva. Sin embargo, se espera que cubra todas las variantes conocidas del virus.

La pandemia ha sacado a la luz profundas injusticias sociales, incluyendo las tasas de mortalidad desproporcionadas entre grupos indígenas, informes diarios de violencia contra mujeres y niños, y un sistema de salud que favorece a los ricos. Las críticas se dirigen hacia individuos como el Dr. López Gatell por supuestamente priorizar intereses políticos sobre criterios médicos y biológicos en la gestión de la pandemia. Existe un llamado a una revisión crítica y rendición de cuentas post-pandemia, posiblemente influenciando futuras elecciones como una forma para que las sociedades democráticas aborden estos problemas.

El anfitrión expresa su gratitud al Dr. Antonio Lazcano por su discusión perspicaz. Se agradece la participación de la audiencia, incluidos los espectadores de Perú. Se extiende una invitación para la próxima charla de divulgación científica el sábado al mediodía. El anfitrión se despide, deseando a todos un excelente día y enviando saludos.