El microbi que pot explicar el nostre origen

Un organisme que viu al fang del fons de l’oceà proporciona claus per entendre l’origen de les cèl·lules complexes dels animals i les plantes

Recentment, uns científics han anunciat que un estrany microbi tentaculat descobert al fons de l’oceà Pacífic pot ajudar a explicar l’origen de la vida complexa del nostre planeta i resoldre, així, un dels més grans misteris pendents de la biologia.

Fa dos mil milions d’anys, unes cèl·lules simples van ser l’origen de cèl·lules molt més complexes. Durant dècades els biòlegs han lluitat per saber com es va produir aquest fenomen. Feia temps que els científics sabien que hi havia d’haver uns predecessors al llarg del procés evolutiu. Però, si ens ateníem al registre fòssil, semblava que les cèl·lules complexes havien sortit del no res. Ara resulta que aquesta nova espècie, anomenada Promethearchaeum syntrophicum, és aquesta forma transitòria i ajuda a explicar l’origen de tots els animals, plantes, fongs i també, esclar, els humans. La informació sobre aquest estudi s’ha publicat a la revista Nature. “És fantàstic, tindrà un gran impacte científic”, diu Christa Schleper, microbiòloga de la Universitat de Viena que no ha participat en el nou estudi.

Abans de les nostres cèl·lules

Les nostres cèl·lules estan plenes de contenidors. Emmagatzemen, per exemple, ADN en un nucli i generen combustible en compartiments anomenats mitocondris. Destrueixen proteïnes antigues dins uns petits aparells domèstics anomenats lisosomes. Les nostres cèl·lules també es creen el seu propi esquelet de filaments a partir de blocs de construcció que semblen de Lego. Estirant alguns filaments i trencant-ne d’altres, les cèl·lules canvien de forma i fins i tot es desplacen per algunes superfícies. Les espècies que comparteixen aquestes cèl·lules complexes reben la denominació d’ eucariotes i totes provenen d’un avantpassat comú que va viure fa uns dos mil milions d’anys.

Però, abans, al món només hi vivien bacteris i un grup de petits organismes simples anomenats arqueus. Els bacteris i els arqueus no tenen nuclis, lisosomes, mitocondris ni esquelets. Fa molt de temps que els biòlegs evolutius es trenquen les banyes per descobrir com van evolucionar els eucariotes a partir d’uns precursors tan simples.

Al final del segle XX els investigadors van descobrir que, en el passat, els mitocondris eren bacteris de vida lliure que, d’una manera o una altra, van ser absorbits dins una altra cèl·lula i van subministrar així nou combustible al seu amfitrió. El 2015, Thijs Ettema i els seus col·legues de la Universitat d’Uppsala van trobar fragments d’ADN en uns sediments extrets de l’oceà Àrtic. Els fragments contenien gens d’una espècie d’arqueus que semblaven estretament relacionats amb els eucariotes. El doctor Ettema i els seus col·legues els van donar el nom d’ Asgard archaea (Asgard és on viuen els déus nòrdics).

L’ADN d’aquests misteriosos microbis va aparèixer en un riu a Carolina del Nord, en unes fonts termals de Nova Zelanda i en altres llocs. Els Asgard archaea contenen una sèrie de gens que anteriorment només s’havien trobat en eucariotes. Hi havia la possibilitat que aquests microbis fessin servir aquests gens per a la mateixa finalitat que els eucariotes o per a una altra. “Fins que no tens un organisme, no en pots estar segur del tot”, diu Christa Schleper.Masaru K. Nobu, microbiòleg de l’Institut Nacional de Ciències i Tecnologies Industrials Avançades de Tsukuba (Japó), i els seus col·legues han aconseguit cultivar aquests organismes en un laboratori. Han tardat més d’una dècada. L’existència d’aquests microbis, adaptats per viure en un fons marí fred, funciona a càmera lenta. El Prometheoarchaeum pot tardar fins a 25 dies a dividir-se. En canvi, l’ E. coli es divideix una vegada cada vint minuts.

Microbis dels sediments

El projecte es va posar en marxa el 2006 quan els investigadors van extreure uns sediments del sòl de l’oceà Pacífic. Al començament, la seva idea era aïllar els microbis que mengen metà perquè potser podrien servir per netejar aigües residuals. Al laboratori, els investigadors van posar els sediments en una cambra sense oxigen per imitar les condicions del fons marí. Hi van bombejar metà i en van extreure els gasos residuals letals, que podrien matar els microbis residents.

El fang contenia molts tipus de microbis. Però el 2015 els investigadors van aconseguir aïllar una nova espècie d’arqueus molt curiosa. I quan Thijs Ettema i els seus col·laboradors van anunciar que havien descobert ADN de l’ Asgard archaea, els investigadors japonesos van quedar estupefactes. El seu nou microbi viu pertanyia al mateix grup.

Els científics van emprendre aleshores una investigació més minuciosa per entendre la nova espècie i relacionar-la amb l’evolució dels eucariotes. Al microbi li van posar el nom de Prometheoarchaeum syntrophicum en honor de Prometeu, el déu grec que va donar el foc als humans després de modelar-los amb fang. “Han fet falta dotze anys de microbiologia per poder veure’l pel microscopi, és meravellós”, comenta James McInerney, biòleg evolutiu de la Universitat de Nottingham, que no ha participat en la investigació.

Vist al microscopi, el Prometheoarchaeum es va revelar com una bèstia estranya. Al començament el microbi és una esfera diminuta, però al llarg dels mesos creix longitudinalment, li surten uns tentacles i deixa anar una flotilla de bombolles recobertes per una membrana. Però encara es va revelar més estrany quan els investigadors van analitzar l’interior de la cèl·lula. La doctora Schleper i altres investigadors es pensaven que l’ Asgard archaea feia servir les seves proteïnes, semblants a les dels eucariotes, per construir estructures com les d’aquests organismes dins les seves cèl·lules. Però no és el que va descobrir l’equip japonès.

Com diu Nobu: “A l’interior no hi ha cap estructura, només ADN i proteïnes”. Aquest descobriment fa pensar que, al començament, les proteïnes amb què els eucariotes construïen cèl·lules complexes es dedicaven a unes altres coses i no va ser fins més tard que els van encomanar noves tasques. Nobu i els seus col·legues intenten ara esbrinar quines eren aquestes tasques inicials. És possible, diu, que el Prometheoarchaeum creés els seus tentacles amb els mateixos gens amb què els eucariotes van construir després esquelets cel·lulars.

La doctora Schleper volia tenir més proves que avalessin aquesta idea. “Altres arqueus tenen uns braços molt macos”, assenyala. Però aquestes altres espècies no utilitzen proteïnes tan semblants a les nostres. Abans del descobriment del Prometheoarchaeum, alguns investigadors sospitaven que els avantpassats dels eucariotes eren depredadors que s’empassaven microbis més petits. Potser s’havien empassat així els primers mitocondris.

Un microbi peculiar

Però el Prometheoarchaeum no encaixa amb la descripció. L’equip del doctor Nobu ha trobat sovint el microbi adherit als costats dels bacteris o en altres arqueus. Sembla que, en comptes de caçar preses, el Prometheoarchaeum s’alimenta xuclant fragments de proteïnes que floten prop seu. Els seus companys s’alimenten dels seus residus i, al seu torn, subministren al Prometheoarchaeum vitamines i altres compostos essencials.

Nobu ha arribat a la conclusió que potser una espècie d’ Asgard archaea resident al fons marí va atreure bacteris cap a un garbuix de tentacles i hi va establir una associació encara més íntima. Al final es va empassar els bacteris, que van evolucionar i es van convertir en els mitocondris que alimenten totes les cèl·lules complexes.

McInerney era escèptic davant la possibilitat que el Prometheoarchaeum ens oferís una imatge clara de com els nostres avantpassats van assimilar mitocondris fa dos mil milions d’anys: “És un organisme que és viu ara, el 2020”.

L’equip del doctor Nobu continua estudiant el Prometheoarchaeum i alhora també busca parents seus entre el fang del fons marí. Potser resulta que aquests microbis tenen una relació fins i tot molt més estreta amb els nostres avantpassats i ens ofereixen pistes encara més inesperades. “Esperem que tot això ens ajudi a entendre’ns millor a nosaltres mateixos”, diu Nobu.

Copyright The New York Times

Traducció Lídia Fernández Torrell

EDICIÓ PAPER 15/02/2020

Consultar aquesta edició en PDF