Respiración y Mitocondrias
Macroscópicamente hablando, la respiración representa el proceso de entrada del oxígeno al cuerpo. Sin embargo, en el mundo celular microscópico, la respiración suele representar el proceso de producción de energía y la respiración incluye la respiración anaeróbica y la respiración aeróbica. El primero se encuentra comúnmente en levaduras y algunas bacterias anaeróbicas. En ausencia de oxígeno en las células musculares, el cuerpo humano también puede producir ácido láctico mediante la respiración anaeróbica. Sin embargo, la eficiencia de la liberación de energía en este proceso no es muy alta.
La respiración aeróbica es indispensable para los organismos multicelulares. Es más eficiente y libera más energía que la respiración anaeróbica. Las células suelen utilizar la glucosa como fuente de energía y el oxígeno es más bien un intermediario que ayuda a la respiración aeróbica. El paso final de la respiración aeróbica requiere que el oxígeno reciba electrones para liberar el ATP producido metabólicamente. Sin oxígeno, el exceso de electrones se acumulará gradualmente en las células, provocando el estancamiento de la cadena de transporte de electrones y una producción anormal de ATP. Esto es fatal para la vida multicelular.
Las mitocondrias son los orgánulos que llevan a cabo este preciso proceso y aseguran el buen funcionamiento de la compleja vida celular. Las mitocondrias aún conservan la mayor parte del ADN relacionado con la respiración aeróbica, y este conjunto de ADN existe independientemente del genoma nuclear. La comunidad científica especula que esta célula única es también un tipo de bacteria. Después de ser tragada por eucariotas, las dos alcanzaron un estado de beneficio mutuo. Las bacterias evolucionaron gradualmente hasta convertirse en las mitocondrias que vemos hoy en día, responsables de ayudar a convertir los alimentos y el oxígeno en energía que las células pueden utilizar.
Las mitocondrias son, de hecho, compañeras indispensables de la vida multicelular que depende de la respiración aeróbica. Sin embargo, al vivir en un ambiente con poco oxígeno, sus demandas sobre las mitocondrias no parecen ser tan grandes. Las investigaciones especulan que las mitocondrias de estos organismos se transformarán gradualmente en orgánulos relacionados con las mitocondrias (MRO), perderán gradualmente genes mitocondriales y, finalmente, eliminarán por completo las mitocondrias del cuerpo.
En busca de organismos sin mitocondrias
Un estudio publicado en Current Biology ha descubierto por primera vez eucariotas sin mitocondrias. En aquel momento, un equipo colaborativo de la República Checa y Canadá aisló un microorganismo de animales, pero los resultados de la secuenciación genética mostraron que este microorganismo no tenía genes que codificaran proteínas mitocondriales.
La especie, llamada Monocercomonoides, vivió en ambientes con poco oxígeno durante mucho tiempo, y sus ancestros en el árbol evolutivo contenían mitocondrias, lo que sugiere que las perdieron durante la evolución. En cambio, adquirió otro sistema de movilización de azufre citoplasmático de bacterias en lugar de mitocondrias.
Antes de este estudio, muchos científicos buscaban eucariotas, incluidos plantas, animales, hongos y protozoos, que no tuvieran mitocondrias. Karnkowska, autora del estudio, creía entonces que había muchos protozoos sin mitocondrias, como Trichomonas unicornis. En su opinión, la vitalidad de los eucariotas es mucho más poderosa de lo que imaginábamos.
Karnkowska tenía razón, porque una reciente investigación publicada en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias incluso superó sus predicciones de entonces y descubrió por primera vez un animal sin mitocondrias. Por supuesto, este animal no es el enorme individuo que solemos ver, sino un parásito que depende de los peces para sobrevivir. Tiene una apariencia extraña, parecida a un renacuajo, con "ojos" extraterrestres en la cabeza.
Cuando los investigadores examinaron organismos de varias especies bajo el parásito mixosporidium, descubrieron inesperadamente que una especie, Henneguya salminicola, no tenía un genoma mitocondrial. Debido a que sus genes mitocondriales correspondientes no se encontraron en la secuenciación genética, esto significa que no tienen mitocondrias en absoluto.
En términos de relación de especies, el salmón mixomiceto es un pariente lejano de las medusas, y ambos pertenecen al filo Echinacea (también conocido como filo Coelenterata). Aunque el salmón mixomiceto perdió células nerviosas y musculares durante su largo proceso evolutivo, sigue siendo un organismo multicelular.
Por ejemplo, dos células urticantes que parecen ojos alienígenas ayudan al moho mucilaginoso a adherirse a su huésped cuando se acerca.
Decisiones evolutivas
En cuanto a por qué el salmón con moho finalmente se quedó sin mitocondrias, el estudio especula que esto debería estar relacionado con su entorno de vida. En realidad, su comportamiento biológico es el mismo que el de un parásito. Suele deambular libremente en el agua y su ciclo de vida principal se completa en dos huéspedes. Uno es el pescado, especialmente el salmón; el otro son los gusanos anélidos.
En un ambiente parasitario, el oxígeno se convierte en un lujo. Así, en el largo proceso de evolución, abandonó gradualmente las mitocondrias que necesitan oxígeno para proporcionar energía. En realidad, este es un resultado inevitable de la evolución. Cuando las mitocondrias son inútiles, el cuerpo no sólo necesita consumir energía adicional para producirlas y mantenerlas, sino que tampoco obtiene ningún beneficio. Esto es extremadamente antieconómico para los organismos, por lo que deshacerse gradualmente de esta carga es la mejor opción.
Desde una perspectiva evolutiva, la vida tiende a volverse más compleja y diversa. Sin embargo, el moho limoso del salmón también nos muestra que no toda la vida piensa de esta manera. A los ojos de estos animales, la complejidad es más bien una carga, y la complejidad y la variedad no son necesarias en sus tareas parasitarias. Los nervios y músculos son redundantes y las mitocondrias se vuelven innecesarias. De esta manera, el moho mucilaginoso derivado del salmón se convirtió gradualmente en un organismo unicelular. Esto también sorprendió mucho a Dorothée Huchon, periodista del periódico. "El moho del limo ha perdido casi todo, ahora ni siquiera necesita la capacidad de respirar", dijo. De hecho, en el nuevo estudio los autores también detectaron otros insectos escamosos del limo. Un pariente cercano del salmón del moho limoso, este animal del moho limoso tiene genes mitocondriales. Actualmente, no está claro por qué los mohos mucilaginosos son tan únicos.
¿Cómo sobrevive el moho limoso del salmón sin mitocondrias? Huchon especula que pueden tener un sistema no descubierto y la capacidad de obtener ATP directamente del huésped para satisfacer sus necesidades energéticas. Pero todavía hay más incógnitas esperando que los científicos descubran cómo logran esto con habilidad. Como dijo Karnkowska, la fuerza vital eucariota es mucho más poderosa de lo que imaginábamos.