Los microbios son los amos
Sin virus, bacterias, arqueas, algas unicelulares y otros seres minúsculos no habría vida. Influyen en el clima, el suelo y el oceáno, estaban aquí hace miles de millones de años y aquí seguirán cuando nos extingamos.
Si hay un enemigo público número uno, es el coronavirus. Ha conseguido que potencias históricamente enfrentadas tengan un oponente común y centren sus esfuerzos en eliminarlo. El SARS-CoV-2 ha puesto en jaque a la humanidad y el objetivo prioritario de los científicos es desarrollar tratamientos que lo neutralicen y vacunas cada vez más eficaces. En este asunto se usan con frecuencia términos bélicos como batalla y frases del tipo “somos más inteligentes que él”, pero plantearse esta pandemia como una lucha entre virus y humanos carece de sentido: vivimos en un mundo de virus. Sin ellos y sin el resto de microorganismos, los humanos no existiríamos y no habría rastro de vida. Ni siquiera habría surgido una atmósfera respirable.
“Nuestro planeta es habitable gracias a los microbios”, afirma el investigador Salvador Macip en su libro Las grandes epidemias modernas (2020). Hace unos 4500 millones de años, cuando se originó la Tierra y todo estaba en ebullición, con océanos de lava en su superficie y cuerpos rocosos chocando contra ella, había algunas moléculas muy simples en la atmósfera que rodeaba al planeta. Cuando todo se fue enfriando y el vapor de agua se condensó y pasó al estado líquido, las diferentes moléculas asociadas a los distintos entornos “empezarían a interaccionar en un medio acuoso, y también sobre superficies minerales”, explica Carlos Briones, químico e investigador del CSIC en el Departamento de Evolución Molecular del Centro de Astrobiología (Madrid).
ESTA MEZCLA DE MINERALES Y AGUA FAVORECIÓ LAS REACCIONES QUÍMICAS, A LAS QUE SE SUMARON NUEVAS MOLÉCULAS procedentes del espacio a bordo de meteoritos y núcleos de cometas. “La combinación de las moléculas que teníamos en la Tierra y las que vinieron de fuera es lo que llamamos sopa prebiótica o primitiva”, detalla Briones, coautor del libro Orígenes. El universo, la vida, los humanos (2015). ¿Qué tenía de especial este mejunje? Reunía los ingredientes básicos para que surgieran las primeras formas de vida: compuestos que contenían carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre (los elementos agrupados bajo el acrónimo CHONPS). Estas moléculas, con la ayuda de la radiación solar y la energía de las reacciones químicas, fueron interaccionando en este caldo de cultivo cada vez más rico, “y poco a poco se fueron formando sistemas complejos rodeados por una membrana, de los que acabarían surgiendo las células”, dice el bioquímico. Las primeras células serían procariotas, es decir, que su ADN no estaría dentro de su núcleo, como sí ocurre en las eucariotas.
Los científicos creen que estas primigenias formas de vida pudieron brotar en diferentes ambientes; entre los más plausibles figuran las fumarolas hidrotermales, chimeneas submarinas surgidas cerca de las dorsales oceánicas que expulsan agua muy caliente rica en minerales, debido a la actividad volcánica que hay por debajo. Joana C. Xavier, investigadora portuguesa del Instituto de Evolución Molecular de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (Alemania), cuenta que la geoquímica y la química orgánica que tienen lugar en esos sitios podrían encajar con el rompecabezas de esta química celular primitiva. En el interior de los océanos, las protocélulas que pudieran formarse estarían protegidas de la radiación solar, a la que aún no se habrían adaptado.
Pero las fumarolas son solo uno de los posibles escenarios de aparición de la vida. Los expertos también creen que esta transición de la química a la biología pudo producirse en estanques hidrotermales, en sustratos como arcillas o en algunos tipos de rocas que pudieran contener metales, aunque seguimos sin saberlo. “No hay ninguna prueba fehaciente de que fuese de una manera o de otra. Es algo que desconocemos”, admite Toni Gabaldón, profesor de la ICREA en el Barcelona Supercomputing Centre y en el Instituto de Investigación Biomédica (IRB).
EN ESTA HISTORIA DE LA TIERRA PRIMITIVA COBRA PROTAGONISMO EL QUE SE CONSIDERA ancestro común de todas las formas de vida actuales: LUCA. Los científicos calculan que esta especie de bacteria primitiva pudo surgir hace unos 4000 millones de años. La constatación de su existencia fue posible gracias a que, en la década de 1980, los investigadores comenzaron a comparar los genomas de los microorganismos y observaron que convergían en un mismo punto. No obstante, es importante destacar que “las bacterias actuales son mucho más complejas que LUCA”, señala Carlos Pedrós-Alió, investigador en el Centro Nacional de Biotecnología del CSIC.
LUCA es el acrónimo de Last Universal Common Ancestor (último ancestro común universal), y su hallazgo “supuso la comprobación de que Darwin también tenía razón en eso”, recalca Briones, que nos recuerda que en su obra El origen de las especies (1859), el naturalista inglés ya apuntaba que probablemente todos los seres orgánicos que han vivido en la Tierra descendían de una forma primordial. Y aunque es indudable que LUCA supone una pieza importante dentro de este rompecabezas primigenio, se trataría solo de un fragmento más dentro de este puzle evolutivo del que no existen fósiles ni otras pruebas directas que se puedan analizar. “LUCA sería el último ancestro común a toda la vida que conocemos ahora, pero a su vez, tendría sus propios ancestros”, matiza Gabaldón.
Una vez que surgió LUCA, la evolución por selección natural ya fue imparable. A partir de su organización procariota surgieron dos linajes: las bacterias y las arqueas. Como explica Manuel Sánchez Angulo, profesor de Microbiología de la Universidad Miguel Hernández de Elche y miembro del grupo de Docencia y Difusión de la Sociedad Española de Microbiología, la diferencia fundamental entre esos dos linajes reside en el tipo de membrana celular que poseen y la forma en que biosintetizan las proteínas. ¿Cuándo surgieron las células eucariotas, presentes en los animales y en las plantas? Es uno de los mayores hitos de la vida y se cree que ocurrió hace unos 2000 millones de años, cuando una arquea engulló a una bacteria. “Es lo que se conoce como el evento de endosimbiosis que dio lugar a la aparición del primer protoeucariota”, aclara Sánchez.
Cuando nos bañamos en el mar, nos sumergimos en una sopa de virus: hay unos 100 000 millones en cada litro de agua
La teoría fue propuesta hace cincuenta años por la microbióloga estadounidense Lynn Margulis (1938-2011). A partir de ahí y con más procesos de este tipo, las formas de vida básicas evolucionaron, poco a poco, hacia organismos cada vez más complejos en una carrera evolutiva que llega hasta hoy, con los cinco reinos de seres vivos: tres de organismos pluricelulares eucariotas (animales, hongos y plantas) y dos de organismos unicelulares: protistas (eucariotas) y móneras (procariotas, donde entran bacterias y arqueas). “La evolución por selección natural fue el mecanismo de diversificación. Por una parte, había incontables nichos por colonizar, y, por otra, los propios seres vivos iban creando nuevas oportunidades”, resume Pedrós-Alió.
De nuevo, Darwin fue quien describió este proceso de la naturaleza que nos define como especies. El bioquímico britanicoestadounidense Jack W. Szostak, premio Nobel de Medicina y Fisiología en 2009, lo expresó así: “El proceso de evolución darwiniana permitió que estas células simples se adaptaran de forma gradual a su entorno y también a una gama más amplia de ambientes. Al hacerlo, se volvieron de manera progresiva más complejas, lo que dio lugar a la variedad y complejidad de la vida moderna”.
¿En qué punto de esta historia evolutiva surgieron los virus? No hay un consenso al respecto, como tampoco sobre si son o no seres vivos. Hay investigadores que opinan que no lo son porque no cuentan con un metabolismo propio, y porque para reproducirse necesitan el de las células a las que parasitan. Otros sí los consideran seres vivos, precisamente por esa capacidad de replicarse y evolucionar. “Algunos científicos creen que han estado aquí desde el principio, incluso antes que las bacterias, mientras que otros piensan que se originaron más tarde, como derivados de la vida celular”, dice la bioingeniera Xavier.
LOS SERES MICROSCÓPICOS ESTABAN PRESENTES EN EL ORIGEN DE LA VIDA, Y HOY SE ENCUENTRAN EN TODAS PARTES, desde los granos de arena del desierto hasta nuestro sistema digestivo. Solo en el intestino humano su número supera al de las estrellas suspendidas en la Vía Láctea. En el libro Yo contengo multitudes (2017), el periodista británico Ed Yong describe cómo nuestro cuerpo experimenta cada día un ejercicio de simbiosis perfecto, en el que conviven billones de células con billones de bacterias, hongos, arqueas y virus. Una nutrida orquesta cuyo director es el sistema inmune, que se encarga de dirigir estas relaciones para que no haya notas discordantes.
“El 99 % de los microorganismos no son patógenos”, resalta Angulo. Aunque a raíz de la pandemia de covid-19 temamos más a los virus, lo cierto es que estamos en contacto con ellos a diario sin que nos afecten. Por poner un ejemplo, y como destaca el periodista estadounidense Carl Zimmer en su libro Un planeta de virus (2020), cuando nos bañamos en el mar, en cada litro de agua hay unos 100 000 millones de virus. “Los virus marinos ejercen una influencia descomunal sobre el planeta. Los fagos –virus que infectan a bacterias– marinos determinan la ecología de los océanos del mundo. Dejan su huella en el clima global de la Tierra. Y llevan miles de millones de años jugando un papel crucial en la evolución de la vida”, señala Zimmer.
Pese a que es muy difícil calcularlo con precisión, se estima que existen alrededor de un billón de especies de microorganismos diferentes. Los principales son las bacterias y las arqueas, pero también se incluyen algunos tipos de hongos, algas, amebas y los omnipresentes virus. Como explica Gabaldón, los microbios “son el motor de todos los ciclos biogeoquímicos de la Tierra. La mayor producción de oxígeno no proviene de las plantas multicelulares,
Existen alrededor de un billón de especies de microorganismos, y solo el 1% es una amenaza para la salud
sino de algas unicelulares y organismos fotosintéticos que están en el mar”. Se encuentran en todos los ecosistemas y afectan al clima, los suelos, los ríos y los océanos.
Como explica Angulo, sin estos organismos diminutos no habría vida tal y como la conocemos. Figuran al principio de cualquier cadena trófica, en la que cada especie se alimenta de la anterior y es alimento de la siguiente. Solo algunos tipos de bacterias y arqueas logran fijar el nitrógeno gaseoso y transformarlo en amoniaco que puede ser asimilado por las plantas e incorporado a las proteínas y ácidos nucleicos que luego ingerirán los herbívoros (y de ahí, a los carnívoros). También transforman los cuerpos de los animales muertos en compuestos que sirven para que prosperen los vegetales, y regulan las poblaciones de los ecosistemas y el termostato planetario, con la emisión de los diferentes gases que hemos comentado. Su capacidad de adaptación durante miles de millones de años les permitirá seguir reproduciéndose cuando nosotros nos hayamos extinguido.
SI NOS FIJAMOS EN LA HISTORIA HUMANA TAMBIÉN DESCUBRIMOS EL PAPEL CLAVE DE LOS MICROBIOS, responsables del ocaso de ciudades e imperios. En 430 a. C., en el segundo año de la guerra del Peloponeso, que enfrentó a atenienses y espartanos, la llamada plaga de Atenas afectó a la ciudad hasta matar a la cuarta parte de su población, incluido su líder, Pericles. La enfermedad –no se sabe cuál fue– golpeó a la urbe varias veces en la siguiente década, y algunos historiadores creen que contribuyó a que el conflicto acabara con victoria espartana, pese a que la lucha durara hasta 404 a. C. La peste negra, causada por la bacteria Yersinia pestis, segó la vida de al menos 25 millones de europeos a mediados del siglo XIV, y los virus y bacterias que portaban los colonizadores de América diezmaron a los indígenas. Más recientemente, la gripe de 1918 acabó con unos 50 millones de personas en el mundo. Son solo algunos ejemplos de la importancia histórica de estos elementos invisibles. Y no solo eso: somos una mezcolanza genética de esta evolución microbiana. “Gran parte de nuestra historia evolutiva ha sido moldeada por infecciones virales. No seríamos los mismos sin la existencia de los virus”, sostiene Szostak.
Su importancia es tal que tienen que ver hasta con la forma en que nacemos. Como nos recuerda Briones, originariamente los mamíferos nos reproducíamos mediante huevos, como siguen haciendo los ornitorrincos. En un momento dado, el antecesor de los mamíferos actuales fue infectado por un retrovirus que, con el tiempo, llegó a cambiar la estructura de la membrana interior del huevo y la transformó en una placenta. “Sin esa infección ancestral no podríamos haber tenido un desarrollo intrauterino que nos ha permitido cosas tan maravillosas como el origen de nuestro cerebro”, subraya el bioquímico español.
Esta es una prueba más de que existimos en simbiosis con los microorganismos, y de que su presencia marca que la vida sea como es. Por eso, según Xavier, debemos empezar a ver la evolución como algo colectivo y no como la supervivencia del más fuerte. “Todos estamos juntos en esto, incluidos los virus. La vida es siempre un acontecimiento colectivo”, remarca la científica.