"Un hito evolutivo", así es como describen al descubrimiento científico que tiene a investigadores de todo el mundo asombrados. En la Universidad de California encontraron una especie de alga marina que evolucionó y desarrolló la capacidad de aprovechar el nitrógeno del ambiente gracias a un organelo especial y una beneficiosa simbiosis con una cianobacteria. Este descubrimiento desafía el entendimiento que se tenía sobre las células y tiene el potencial de revolucionar la agricultura para siempre.
Los seres vivos pueden dividirse en dos grandes grupos, los que tienen células procariotas (sin núcleo) y los que tienen células eucariotas (con núcleo). El entendimiento general era que los seres del segundo grupo, como los hongos, las plantas, los animales y las algas, no podían extraer el nitrógeno del aire y emplearlo para su alimentación, pero este hallazgo demostró lo contrario. Según el artículo publicado en la revista Science, un endosimbionte bacteriano del alga marina Atelocyanobacterium thalassa, capaz de fijar nitrógeno, está evolucionando hacia volverse una organela interna de la célula del alga, bautizado como "nitroplasto". Esto significa que la célula eucariota obtuvo una nueva capacidad que les pertenecía únicamente a las procariotas.
"Una endosimbiosis de esta magnitud ha ocurrido muy pocas veces en la historia de la vida en la Tierra, pero con consecuencias trascendentales", dijo Ignacio Soto, investigador del Conicet, profesor de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA y director del Laboratorio de Biología Integral de Sistemas Evolutivos en Exactas.
La endosimbiosis es una relación muy estrecha entre organismos, donde uno de ellos reside dentro del otro, e incluso evolucionan a una mayor fusión genética, de manera tal que dejan de existir como entidades separadas. Soto explicó que "este proceso es trascendental porque es la base de aparición de la vida compleja en nuestro planeta y la de las células eucariotas que conforman nuestros cuerpos y la de todos organismos multicelulares".
El investigador aclaró que, tanto las células con núcleo y mitocondrias, que aparecieron hace aproximadamente unos 1.500 millones de años, como los cloroplastos, que permitieron la aparición de la vida vegetal, deben su origen a un proceso de endosimbiosis. Y en ese sentido, explicó que "la adquisición de nitroplastos por parte de esta alga, según el estudio, es un proceso evolutivo muchísimo más reciente que el de las mitocondrias y cloroplastos con 'solo' 100 millones de años de antigüedad aproximadamente".
El nitrógeno es un elemento esencial para la estructura y funcionalidad de los seres vivos. Está presente en el ADN del ser humano y es fundamental para la producción de las proteínas que lo conforman. Pese a que es indispensable para la vida, hay pocas especies que puedan transformar el nitrógeno gaseoso del aire en nitrógeno disponible para ser utilizado por los organismos, por lo que, en muchos contextos, termina siendo un recurso limitante para el desarrollo de la vida. Por ejemplo, los humanos lo adquirimos a través de la alimentación, por lo tanto la cantidad de nitrógeno disponible en los suelos para las cosechas es de suma importancia.
Nicolás Lois, biólogo, becario postdoctoral del Conicet y docente de la Facultad de Exactas UBA, explicó que "se conocía un grupo grande de bacterias, cianobacterias del género Trichodesmium, que son capaces de tomar el nitrógeno gaseoso de la atmósfera; se descubrieron también los genes que están asociados a la fijación de nitrógeno; y se reportó su presencia en otros grupos de bacterias que se asocian a otros seres vivos, con distintos niveles de interacción". Pero según Lois, este descubrimiento es "el nivel más íntimo que se conoce" del fenómeno: "Una simbiosis tan intensa que la bacteria, viviendo dentro de otra alga unicelular le traspasa parte de sus funciones vitales y sincroniza su reproducción a tal punto que las consideramos una sola especie".
Este hallazgo no solo es de notable importancia para la biología, sino que además podría revolucionar la forma en la que se cultiva. "Fijar nitrógeno, obtenerlo a partir del aire o el agua y convertirlo en moléculas aprovechables por los organismos es una capacidad muy valorada porque es un nutriente necesario para el crecimiento de las plantas y algas y muchas veces escaso. En tierra firme muchas plantas tienen relaciones simbióticas con bacterias del suelo que son las que pueden fijar nitrógeno y aportar esos nutrientes o directamente el hombre introduce el nitrógeno a partir de fertilizantes", explicó Soto.
Hace 100 años dos químicos alemanes, Fritz Haber y Carl Bosch, encontraron una manera de utilizar el nitrógeno del aire para hacer amoníaco, con lo que se hacen los fertilizantes indispensables para la alta producción de cultivos que hoy día alimentan y sostienen la economía mundial. Soto sostuvo que "seguramente habrá, a partir de este descubrimiento, un interés biotecnológico para ver las posibilidades de incorporar esta organela o sus capacidades, a otras células eucariotas como por ejemplo, cultivos comerciales". Es decir, si este alga tiene la capacidad de hacerlo, ¿por qué el maíz o el trigo no podrían utilizar el nitrógeno atmosférico en vez de introducirles fertilizante para fertilizar los campos?
Sobre esto, Lois afirmó: "La posibilidad es remota hoy, pero tendremos que hacer un trabajo que va a implicar la evaluación de los impactos de modificar de esta manera a un cultivo, en cuanto a la salud de los ambientes donde se siembran y de los animales humanos y no humanos que se alimentan de los mismos". "En un país como Argentina, en donde el modelo agroexportador marcó a fuego nuestro sistema productivo e industrial, una innovación esta podría tener un impacto enorme en la productividad de nuestros campos. En ese sentido es importante pensar también en quién invertiría y quién se llevaría el rédito de este potencial negocio", completó.
"Hay un aspecto muy interesante del descubrimiento que nos invita a reflexionar sobre la naturaleza y evolución de las especies en el planeta: Una concepción bastante difundida es pensar a la evolución de los diferentes linajes y especies a partir de procesos de competencia, desplazamiento, consumo o predación: de ahí la triste frase "la lucha por la existencia" para hablar fallidamente de la evolución de las especies --se explaya Soto--. Ahora, si bien esas interacciones existen, hay todo un abanico de interacciones positivas a veces olvidadas que son trascendentales para realmente pensar como es la evolución de la vida y qué es realmente lo que pensamos como una especie. La endosimbiosis es un claro ejemplo de esto: este proceso de fusión de organismos en uno nuevo que termina siendo más que la suma de sus partes ha permitido que la vida tomara caminos y complejidades fantásticas que no hubieran sido posible sólo con competencia entre linajes bacterianos sin colaboración".
Y además, propone un nuevo enfoque: "¿Qué es una especie en esta perspectiva? Una vaca es una vaca pero no existe sin su flora bacteriana, que le permite alimentarse y viceversa. Entonces, una parte de la biología evolutiva, a la luz de este tipo de consideraciones, muchas veces estudia a las especies no como un solo organismo sino como un holobionte: la suma de linajes que conforma a una especie tal cual es viable en la naturaleza. Es una complejización del estudio de las especies pero es un camino mucho más rico por la riqueza de fenómenos que podemos considerar que ocurran. Como la evolución de un nitroplasto".
Informe: Lucía Bernstein Alfonsín