Asgards: mitología nórdica y el origen de los eucariotas

Los eucariotas son los seres vivos cuyas células contienen un núcleo definido y compartimentos celulares especializados, entre ellos las mitocondrias. Lynn Margulis propuso, a finales de los 60, la teoría endosimbiótica: las mitocondrias de las células eucarióticas procederían de un evento de simbiosis entre bacterias ocurrido hace unos dos mil millones de años. Esta teoría ha sido aceptada, y la endosimbiosis con bacterias fotosintéticas también es reconocida como el mecanismo que originó los cloroplastos.

El escenario más probable para el origen de los eucariotas contemplaba la simbiosis entre una arquea y bacterias con metabolismo aeróbico, capaces de oxidar sustratos orgánicos. Recordemos que las arqueas son procariotas que, como las bacterias, carecen de núcleo y orgánulos celulares, pero tienen características propias que las distinguen de estas. Lo que no conocíamos es la naturaleza de estas arqueas ancestrales, ni las condiciones en las que se produjo la endosimbiosis. Esta situación está cambiando rápidamente, como vamos a ver.

En 2015, un grupo de la universidad de Uppsala dirigido por Thijs Ettema realizaba estudios de metagenómica en muestras de sedimento marino obtenidas cerca del castillo de Loki, un campo de fuentes hidrotermales situado entre Noruega y Groenlandia. La metagenómica consiste en aislar ADN de las muestras, secuenciarlo y empalmar las secuencias a modo de puzzle para reconstruir el genoma de los organismos presentes. El grupo identificó una nueva arquea que fue bautizada como Lokiarchaeum. El estudio de sus genes mostró inesperadas semejanzas con el genoma de los eucariotas, incluyendo proteínas similares a las actinas del citoesqueleto (lokiactinas), o relacionadas con la remodelación de membranas y el tráfico de vesículas.

En los siguientes años se identificaron nuevas especies de arqueas similares a Lokiarchaeum. A causa de la referencia original al dios nórdico Loki, fueron nombradas de acuerdo con esta mitología (Thor, Odín, Heimdall…) y el conjunto de arqueas fue conocido como las Asgards, en referencia a la ciudad celestial y hogar de los principales dioses nórdicos.

El problema fue que las Asgards no se dejaban cultivar con facilidad y, por tanto, no se podían estudiar en el laboratorio. De hecho, llevó muchos años conseguir cultivos de arqueas Asgard. La primera especie cultivada, Prometheoarchaeum syntrophicum[1], es una pequeña célula anaeróbica con largas protrusiones celulares y con un crecimiento extremadamente lento. Solo es viable en sintrofía[2] con una bacteria sulfatorreductora. El artículo fue publicado en 2020 por un grupo japonés, y ya incluía un primer modelo hipotético del origen de los eucariotas (Figura 1).

Sucesivos éxitos en la costosísima tarea de establecer cultivos de Asgards han producido finalmente un auténtico aluvión de resultados. Nos vamos a referir a algunos de ellos, que acaban de aparecer o han sido difundidos en forma de preprints[3].

El grupo de Christa Schleper (Univ. Viena) ha conseguido registrar el movimiento de Lokiarchaeum ossiferum en cultivo. Esta arquea produce protrusiones utilizando su esqueleto de lokiactinas, y las usa para desplazarse de forma similar a lo que hacen muchos eucariotas unicelulares. Este mecanismo de movilidad no había sido observado en bacterias ni arqueas. El mismo grupo acaba de publicar la existencia de un virus que infecta a L. ossiferum, lo cual podría proporcionar una herramienta para la manipulación genética de la arquea.

El grupo de Brendan Burns (Univ. Nueva Gales del Sur) ha descubierto una arquea Asgard en la legendaria Shark Bay, una “cápsula del tiempo” que reproduce las condiciones marinas de hace dos mil millones de años. Esta arquea, Nerearchaeum marumarumayae, muestra en su superficie unas cadenas de vesículas ancladas por filamentos, así como vesículas y tubos intracelulares y unos nanotubos que conectan la arquea con su compañero sintrófico, una bacteria sulfatorreductora (Figura 2, arriba). La presencia de compartimentos intracelulares ha sido confirmada por el equipo de Buzz Baum en Cambridge (Figura 2, abajo).

El mismo grupo de Uppsala que descubrió las arqueas Asgard parece haber resuelto uno de los principales misterios del origen de los eucariotas. Dado que las arqueas Asgard son anaeróbicas y no soportan el oxígeno, ¿qué sentido tendría asociarse con bacterias aeróbicas para formar las mitocondrias? El análisis de una clase de arqueas Asgard, las Heimdallarchaeia, que ya habían sido propuestas como las más próximas a los eucariotas, reveló proteínas relacionadas con la vida aeróbica, incluyendo el complejo IV de la cadena de transporte de electrones, la síntesis del grupo hemo y la detoxificación de especies reactivas del oxígeno.

En resumen, los recientes descubrimientos muestran que los eucariotas constituyen un linaje profundamente integrado en las arqueas Asgard, y específicamente con Heimdallarchaeia (Figura 3). La facilidad para establecer relaciones sintróficas con otros microorganismos explicaría la asociación de arqueas Asgard con bacterias aeróbicas que, finalmente, habrían sido internalizadas y convertidas en mitocondrias. La existencia de un citosqueleto dinámico permitió una buena motilidad y una relación más activa con el medio. Por otro lado, la capacidad de formar vesículas intracelulares y remodelar membranas habría sido la clave para el aislamiento del ADN en el núcleo y el desarrollo de otros orgánulos celulares.

Referencias

Este reciente artículo en Nature ilustra bien la situación actual del tema:

Quill, E. (2026). These bizarre, much-coveted microbes are revealing the origins of complex life. Nature doi: d41586-026-02849-y.

Notas

[1] Por esta especie todo el grupo de los Asgards fue oficialmente denominado como Promethearchaeota. No parece una decisión feliz, la referencia se rebajó de los dioses nórdicos a los titanes griegos.

[2] La sintrofía es una relación entre organismos diferentes donde el crecimiento de uno depende de los nutrientes o productos metabólicos del otro.

[3] Versión preliminar de un artículo científico o académico que se comparte públicamente antes de pasar por el proceso formal de revisión por pares y ser publicado en una revista especializada.

Sobre el autor: Ramón Muñoz-Chápuli Oriol es Catedrático de Biología Animal (jubilado) de la Universidad de Málaga.