Inventoras de la olla a presión: las bacterias en su prehistoria
autor: Miguel Vicente
No sabemos cómo eran las células que precedieron a las arqueas y a las bacterias, y tampoco sabemos si es que existieron, porque, como ya dije en otro artículo, no han dejado fósiles ni supervivientes entre los seres vivos actuales. Pero sí podemos, sabiendo cómo son hoy en día las bacterias, vislumbrar algo de cómo fueron sus orígenes.
No sabemos cómo eran las células que precedieron a las arqueas y a las bacterias, y tampoco sabemos si es que existieron, porque, como ya dije en otro artículo, no han dejado fósiles ni supervivientes entre los seres vivos actuales. Pero sí podemos, sabiendo cómo son hoy en día las bacterias, vislumbrar algo de cómo fueron sus orígenes.
Una de las propiedades sorprendentes de las bacterias es que su interior está a presión, cuatro atmósferas, algo más de lo que se alcanza en una olla a presión de cocina (que puele alcanzar el triple de la presión atmosférica).
El mar Precámbrico. El mar en el que posiblemente vivieron hace 3.500 millones de años las primeras bacterias era un lugar desértico en el que durante muchos millones de años sólo proliferaron arqueas y bacterias. Algunas de ellas dejaron rastros fósiles en forma deestromatolitos, unas formaciones en las que las bacterias provocaban la concreción de carbonatos y a la vez quedaban englobadas en ellos. Para comparar esta recreación de un mar de la época (American Museum of Natural History) con una imagen de estromatolitos vivos ver el artículo “La chatarra evoluciona”.
Lo mismo que las ollas a presión se fabrican con un grosor mayor que la batería de cocina normal, las bacterias necesitan una cubierta reforzada para resistir esa presión interna. Se piensa que la adquisición de esa cubierta, la macromolécula llamada peptidoglicano, marcó elhito que permitió a las bacterias acceder al éxito que han tenido en la historia de los seres vivos.
No cabe ni un alfiler.
¿De qué les sirvió a las bacterias tener una presión de turgor tan alta si esto les obligó a producir una cubierta rígida para no estallar? Se puede aventurar una explicación, que se queda un poco dentro de lo que son las hipótesis plausibles. La elevada presión interna, el turgor, se debe a que el interior de las bacterias está superpoblado, es una aglomeración de macromoléculas entre las que apenas hay un resquicio. En estas condiciones la química tiene poco que ver con lo que ocurre en un tubo de ensayo al uso, en el que los científicos utilizan soluciones muy diluidas con la vana esperanza de deducir cómo se comportan las moléculas en el interior de las células. Esto puede valer para estudiar las células humanas, que como las de sus congéneres animales tan solo están a un poco más de una atmósfera, pero no para las bacterias o arqueas.
Encontrar las mejores amistades.
¿Por qué puedo ser útil tener una concentración alta de moléculas? Una de las explicaciones puede ser que en estas condiciones se maximizó el número de interacciones que podían ocurrir entre los componentes de la bacteria ancestral, algo que ya vimos en otro artículo que puede ser determinante en la generación de la biodiversidad, en especial a la hora de establecerprogramas de regulación de la expresión de la información genética. A las concentraciones de moléculas existentes en el ambiente el que dos moléculas se encuentren tiene una probabilidad ínfima, algo así como la que tiene un madrileño de encontrase con un maorí, por lo que difícilmente van a hacerse ni amigos ni enemigos. Por el contrario las probabilidades de encontrarse con alguien que vive en la misma casa son muy altas, y así es fácil que nos hagamos amigos o nos detestemos cordialmente.
Millones de años probando.
Para lograr las mejores amistades no basta con encontrarse. Posiblemente esa búsqueda de interacciones, la optimización de las que podían favorecer la vida de la bacteria, y por tanto permitirle crecer más eficazmente ocupó un buen número de millones de años desde que se tienen indicios de que existían bacterias, hace 3.500 millones de años. El éxito de las bacterias en el mundo actual es asombroso, están por todas partes, y ya escribiré otro artículo sobre ello, pero para su desgracia el peptidoglicano es su talón de Aquiles. Otros seres vivos encontraron una forma de combatir a las bacterias, antibióticos como la penicilina que impide que funcionen las moléculas que entrelazan las hebras del peptidoglicano para darle rigidez. De esa forma las paredes de la olla a presión se debilitan y ocurre la catástrofe, que la olla estalla.
No sabemos qué fue de esos otros bichos sin peptidoglicano, las bolsitas antecesoras, si es que alguna vez existieron no han dejado ni rastro ni hay cosa que se les parezca en el mundo viviente. Como siempre la historia la escriben los que sobreviven.
¿De qué les sirvió a las bacterias tener una presión de turgor tan alta si esto les obligó a producir una cubierta rígida para no estallar? Se puede aventurar una explicación, que se queda un poco dentro de lo que son las hipótesis plausibles. La elevada presión interna, el turgor, se debe a que el interior de las bacterias está superpoblado, es una aglomeración de macromoléculas entre las que apenas hay un resquicio. En estas condiciones la química tiene poco que ver con lo que ocurre en un tubo de ensayo al uso, en el que los científicos utilizan soluciones muy diluidas con la vana esperanza de deducir cómo se comportan las moléculas en el interior de las células. Esto puede valer para estudiar las células humanas, que como las de sus congéneres animales tan solo están a un poco más de una atmósfera, pero no para las bacterias o arqueas.
Una de las conquistas de las bacterias primitivas debió ser precisamente lograr concentrar en un espacio confinado una cantidad de moléculas mucho mayor que la que existía en el exterior. Si hay que pensar en sus ancestros, probablemente fuesen bolsitas conteniendo en su interior lo mismo que había por fuera, eso ya era un avance porque permitió separar el interior del exterior y conservarlo así.
La aglomeración de un microcosmos. El intento de dibujar a escala todos los elementos que contiene una bacteria, Escherichia coli, da una impresión aproximada de los obstáculos que debe sortear para moverse una molécula que esté confinada en su interior. La imagen izquierda es una comunicación personal de Dennis Bray, la ampliación a la derecha tomada de Ellis and Hartl. 1996. FASEB J. 10: 20-26. En verde los ribosomas, encargados de la síntesis de proteínas (dibujadas en color rojo), son estructuras grandes y abundantes.
Encontrar las mejores amistades.
¿Por qué puedo ser útil tener una concentración alta de moléculas? Una de las explicaciones puede ser que en estas condiciones se maximizó el número de interacciones que podían ocurrir entre los componentes de la bacteria ancestral, algo que ya vimos en otro artículo que puede ser determinante en la generación de la biodiversidad, en especial a la hora de establecerprogramas de regulación de la expresión de la información genética. A las concentraciones de moléculas existentes en el ambiente el que dos moléculas se encuentren tiene una probabilidad ínfima, algo así como la que tiene un madrileño de encontrase con un maorí, por lo que difícilmente van a hacerse ni amigos ni enemigos. Por el contrario las probabilidades de encontrarse con alguien que vive en la misma casa son muy altas, y así es fácil que nos hagamos amigos o nos detestemos cordialmente.
Millones de años probando.
Para lograr las mejores amistades no basta con encontrarse. Posiblemente esa búsqueda de interacciones, la optimización de las que podían favorecer la vida de la bacteria, y por tanto permitirle crecer más eficazmente ocupó un buen número de millones de años desde que se tienen indicios de que existían bacterias, hace 3.500 millones de años. El éxito de las bacterias en el mundo actual es asombroso, están por todas partes, y ya escribiré otro artículo sobre ello, pero para su desgracia el peptidoglicano es su talón de Aquiles. Otros seres vivos encontraron una forma de combatir a las bacterias, antibióticos como la penicilina que impide que funcionen las moléculas que entrelazan las hebras del peptidoglicano para darle rigidez. De esa forma las paredes de la olla a presión se debilitan y ocurre la catástrofe, que la olla estalla.
No sabemos qué fue de esos otros bichos sin peptidoglicano, las bolsitas antecesoras, si es que alguna vez existieron no han dejado ni rastro ni hay cosa que se les parezca en el mundo viviente. Como siempre la historia la escriben los que sobreviven.
Aquiles curando a Patroclo. Kylix de figuras rojas, v. 500 a. C., Staatliche Museen (Berlín).
