Rastreando el origen evolutivo de la reproducción sexual

Un trabajo liderado por científicos del Conicet – UNSAM, publicado en Nature Communications, postula que la proteína que permite la reproducción sexual proviene de las arqueas, organismos unicelulares y simples, que aparecieron en la Tierra hace 3.500 millones de años.

La investigación brinda nuevas pistas para comprender el origen de la reproducción sexual. En el artículo se propone que la proteína encargada de fusionar dos células sexuales (gametos) tiene su origen en las arqueas, organismos unicelulares, sin núcleo ni sexo, que junto con las bacterias dieron origen al surgimiento de la vida en el planeta hace 3.500 millones de años.

Esta hipótesis invita a pensar en el concepto de una “sexualidad primitiva”, incluso previa a la reproducción sexual tal como en el presente se la conoce. Esto es: antes de la propia existencia del sexo en el planeta, en la Tierra ya existían las proteínas fundamentales que luego participarían en la reproducción sexual.

El artículo, elaborado en conjunto con especialistas de Uruguay, Suiza, Israel y Suecia, propone que el fusógeno –la proteína que colabora en que el espermatozoide y el óvulo se fusionen en la reproducción– evolucionó a partir de otras ya presentes en arqueobacterias. De esta manera, a partir del fusógeno hallado en estos organismos primitivos, también se originaron las proteínas que más tarde habilitarían la reproducción en plantas y animales invertebrados mucho más complejos.

Para comprobarlo, el equipo de especialistas internacionales empleó herramientas provenientes de diversas disciplinas y campos, tales como biología computacional, cristalografía de rayos X, biología celular e inteligencia artificial.

Un punto de inflexión

Las arqueas, al igual que las bacterias, son unicelulares, carecen de membranas y constituyen las primeras formas de vida. “Son 1.500 millones de años más antiguas que las eucariotas. De hecho, se cree que los organismos compuestos por estas células surgieron cuando una arquea se tragó a una bacteria y la esclavizó como fábrica de energía, transformándola en mitocondria”, señala Pablo Aguilar, uno de los directores del estudio e investigador del Conicet en el Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (Ifibyne).

Para poder comprender la importancia del aporte de estos científicos es necesario entender por qué su contribución puede funcionar como un parteaguas. “Hasta el momento, el consenso científico indicaba que la reproducción sexual existía desde la aparición de las eucariotas (células más complejas, con material genético en el núcleo). Si uno rastrea las proteínas necesarias para llevar a cabo este proceso, se localizan en todos los organismos eucariotas. La inferencia, entonces, indicaba que la reproducción sexual era un invento de los organismos eucariotas primitivos hasta que luego se diversificaron en organismos complejos como los que conocemos hoy”, explica Aguilar.

La historia conocida, en esta línea, relata que las eucariotas emergieron hace 2 mil millones de años (1.500 millones de años después que las arqueas y bacterias) y de allí provienen casi todos los seres vivos complejos, como las plantas, los parásitos y los animales. Con estas células apareció la reproducción sexual; sencillamente, un nuevo organismo se genera a partir de la fusión de gametos; y ello marcaba una gran diferencia con las bacterias y las arqueobacterias que no realizan este proceso.

El trabajo, en este marco, cuestiona el paradigma establecido: si bien hasta este momento se planteaba que los fusógenos, es decir, las proteínas clave que habilitan la reproducción, podrían haberse originado en virus para luego pasar a células eucariotas (con núcleo y membranas); en el presente, a partir de esta contribución, podría plantearse que en realidad el origen de la proteína que colabora para la reproducción sexual existe desde mucho antes.

De dilema a trilema

Para que se fusionen dos gametos, existen proteínas que participan de manera activa, las fusexinas. Aunque se creía que habían surgido hace 2 mil millones de años, la investigación liderada por Aguilar postula que esas proteínas también estaban presentes en las arqueas, por lo que su origen se remonta a los 3.500 millones de años, es decir, ya existían en microorganismos que no se reproducían sexualmente. Lo que aún significa más: una proteína vital para el andamiaje de la reproducción sexual parece ser más antigua que el sexo.

“Hay una proteína que fusiona las gametas en plantas, protistas e insectos. En 2017, habíamos reportado que es igual a la que utiliza el virus del dengue o el Zika para fusionarse con la célula hospedadora. El dilema era si se trataba de un gen que fue inventado por un virus, quedó en una eucariota ancestral y fue utilizado para la reproducción, o bien, si solo se trata de una invención de los organismos eucariotas y algunos virus, posteriormente, se la robaron y la usaron para invadir células”, describe el investigador. Lo que antes era un dilema, a partir de la publicación, se convierte en un trilema, porque apareció un nuevo jugador. “Se pudo haber originado en virus, en eucariotas o en arqueas. Nosotros nos quedamos con esta última opción, aunque por el momento no podamos demostrarlo con contundencia”, admite.

Aunque muy antiguas, las arqueas aún están presentes en escenarios con condiciones extremas, como desiertos, salinas y geiseres.

Implicancias

La investigación publicada en Nature Communications puede servir para avanzar en la frontera del conocimiento de este campo disciplinar: saber cómo se utilizan estas proteínas multiuso que a algunos virus, como el dengue y el zika, les permiten infectar células; y, al mismo tiempo, habilitan la fertilización en seres vivos eucariotas como plantas y parásitos. “Estudiar estos mecanismos puede servir en el futuro para interrumpir el ciclo vital de algunos virus y parásitos que nos infectan”, apunta Aguilar.

Por último, destaca: “En la medida en que todas estas hipótesis puedan ser respondidas experimentalmente, estaremos en condiciones de generar células nuevas, células que no existen, con el objetivo de manipularlas en trabajos de ingeniería celular. Podría ser muy importante”.

Para acceder al artículo original (en inglés) cliquear aquí.