Lynn Margulis i la teoria endosimbiòtica de l’origen dels orgànuls intracel·lulars

Biologia evolutiva: Aquesta setmana s’ha produït la trista notícia de la mort de Lynn Margulis, un dels noms més destacats de la biologia del segle XX. Lynn Margulis era coneguda sobretot per la teoria endosimbiòtica de l’origen de la cèl·lula eucariòtica. Prenent les idees clàssiques d’Ilia Metchnikoff (1845-1916) o de Konstantin Merezhovski (1855-1921) de l’analogia entre els bacteris i els mitocondris (els orgànuls responsables de la respiració cel·lular), Margulis contribuí decididament a explicar l’origen no tan sols dels mitocondris sinó també dels cloroplasts (els orgànuls responsables de la fotosíntesi). Margulis s’esforça en estendre la teoria endosimbiòtica també a altres orgànuls com els peroxisomes o els que fan part de l’aparell microtubular, si bé la manca d’un ADN propi en aquests orgànuls ha fet que les seves explicacions no hagin estat tan populars. Tampoc no ha arrelat del tot l’ús del terme undulipodi per referir-se a les estructures microtubulars externes de la cèl·lula eucariota, habitualment denominades cilis o flagels. Margulis havia defensat limitar el terme flagel a l’estructura bacteriana, i emprar undulipodi per referir-se a estructures com els cilis de les cèl·lules de la tràquea o com els flagels dels espermatozoides. En certa mesura, però, hi ha una tendència creixent a utilitzar el mot “cili” per referir-se a l’estructura eucariòtica, i el mot “flagel” per a l’estructura bacteriana. Margulis també popularitza la noció dels “Cinc Regnes” per explicar la diversitat evolutiva. El regne basal el constitueixen els “procariotes”, els primers organismes en aparèixer, i encara avui els grans protagonistes de les reaccions biogeoquímiques que fonamenten la biosfera. Mitjançant l’endosimbiosi es formaren els agregats, les cèl·lules eucariotes, del segon regne, el dels “protoctistes”. L’evolució ulterior hauria constituït els tres regnes restants. Els eucariotes amb miceli, els fongs; els eucariotes amb una estructura còrmica, les plantes; els eucariotes amb una xarxa neural, els animals. Margulis tenia 30 anys quan formulà el gruix de la teoria endosimbiòtica, que en 10 o 15 anys ja fou assumida, en les parts bàsiques, com un aspecte essencial de la biologia evolutiva. Dobzhansky va dir que res de la biologia no té sentit sense l’evolució. Podríem dir, ara, que poques coses de l’evolució tenen sentit sense la simbiosi. La simbiosi és el contacte estret entre dos organismes, entre dos llinatges evolutius diferenciats, simbiosi que pot arribar a la fusió. Avui sabem de la rellevància del flux genètic horitzontal en l’evolució de les poblacions bacterianes. També hem augmentat el coneixement integral de les relacions simbiòtiques. Simbiosi i parasitisme esdevenen, així, termes complementaris. La simbiosi mutualista, al capdavall, no és més que un parasitisme mutu.

Lynn Margulis

Lynn Margulis

Lynn Margulis va nàixer el 5 de març del 1938 a Chicago (Illinois). De bell antuvi demostrà l’esperit d’independència i de precocitat que marcaren els anys de joventut. Als 14 anys, el curs del 1952, Margulis ja ingressava a la Universitat de Chicago, i s’hi graduava en el 1957. En els anys a la Universitat de Chicago és quan va conèixer Carl Sagan, amb qui es casà el mateix any del 1957, i amb qui tindria quatre fills, Dorion Sagan (*1959, Madison, Wisconsin), Jeremy Sagan (*1960), Zachary Margulis-Ohnuma i Jennifer Margulis (*1969, Boston). Carl Sagan era quatre anys més gran que Margulis (qui, naturalment, passà a dir-se Lynn Sagan). El currículum acadèmic de la parella contrastava un cert punt amb els dels seus companys de les facultats científiques. Si molts dels companys s’orientaven ràpidament a una disciplina, Carl i Lynn oscil·laven, ara cap a l’art, ara cap a la ciència, ara cap a l’astronomia, ara cap a la biologia. En el 1960, a la Universitat de Wisconsin, ella feia el mestratge en ciències, i ell el doctorat en astronomia i astrofísica. En el 1963, era ella la que es doctorava, a la Universitat de Califòrnia a Berkeley.

La teoria endosimbiòtica

La gènesi de la teoria endosimbiòtica se sol remuntar a la redacció de The origin of Mitosing Eukaryotic Cells. Aquest article teòric volia contrastar les propietats de les cèl·lules procariòtiques (els bacteris, incloent-hi les algues blaves) amb les cèl·lules eucariòtiques (les de la resta dels organismes, incloent-hi les altres algues, els protozous, els fongs, les plantes i els animals). Les primeres són força més petites, no tenen un nucli embolcallat, ni una compartimentació organul·lar, ni una organització interna aparent. El mateix any que naixia Lynn Margulis, Herbert Copeland (1902-1968) havia publicat al Quarterly review of biology, un article titulat “The kingdoms of organisms” on insistia en el contrast de “procariotes” i “eucariotes”, i en com aquesta divisió és més profunda que l’existent entre el “regne vegetal” i el “regne animal”. Margulis suposava que la cèl·lula eucariòtica havia de ser el producte de la fusió de dues o més cèl·lules procariòtiques, una fusió que hauria tingut lloc en el passat més remot, i que es manifestaria encara en una certa autonomia d’orgànuls cel·lulars com els mitocondris i els cloroplasts.

L’article fou presentat successivament a diverses revistes, totes les quals el rebutjaren. El trobaven massa teòric, massa especulatiu, en una època on dominaven, per fer servir l’expressió d’E. O. Wilson, els “calígules de la biologia molecular”. Val a dir, però, que aquests mateixos “calígules” promogueren l’adopció de la teoria endosimbiòtic perquè els ajudava a explicar l’existència d’ADN propi dins dels mitocondris i dels cloroplasts. L’article fou finalment publicat al Journal of Theoretical Biology, que havia estat fundat precisament per acollir treballs elaborats en les fronteres del coneixement biològic.

En la versió final publicada es defineix la cèl·lula eucariòtica sobretot per dividir-se a través d’un procés mitòtic, que exigeix la ruptura de l’embolcall nuclear i la condensació del material genètic en cromosomes. Lynn defensava que tres orgànuls de la cèl·lula, els mitocondris, els cloroplasts (‘els plastidis fotosintètics’) i els undulipodis (‘els cossos basals dels flagels’) havien estat cèl•lules procariòtiques.

undulipodis

L’estructura de 9+2, de 9 parelles de microtúbuls perifèrics i 2 centrals, és la més estesa entre els undulipodis dels eucariotes. Això permet suposar un origen comú. Per Margulis, aquest origen comú es trobaria en un endosimbiont de la cèl·lula urcariota (la cèl·lula eucariota originària).

En el 1970 la teoria apareixia en forma de llibre, Origin of Eukaryotic Cells

Els Cinc Regnes

En el 1997, Lynn Margulis publicava juntament amb Karlene V. Schwartz, Five Kingdoms: An Illustrated Guide to the Phyla of Life on Earth. Aquest llibre divulgatiu exposava la visió taxonòmica de Margulis en un moment on es contrastaven fortament les classificacions cladística i evolutiva dels éssers vius. La classificació cladística vol reconstruir la diversificació dels organismes a partir de l’ancestre comú. Hereva de les aportacions de Willi Hennig, havia inspirat a Carl R. Woese (*1928) i Thomas Cavalier-Smith (*1942). Woese, a través de l’estudi de les variacions en gens de l’ADN ribosòmic, havia reeixit, el 1987, a identificar els tres grans llinatges biològics: els bacteris, els arqueons i els eucarions. Cavalier-Smith havia aconseguit, a través dels estudis sobre característiques bàsiques, de posar ordre en la diversitat del “regne protoctista”. Margulis i Schwartz recollien aquestes contribucions, però discutien les conclusions finals. Per Margulis i Schwartz, per molt diferents filogenèticament que fossin bacteris i arqueons, calia entendre que comparteixen una organització cel·lular “procariòtica”. Alhora, front Cavalier-Smith, mantenien la necessitat de considerar el Regne Protoctista com el regne basal dels eucariotes, a partir del qual havien derivat els tres regnes de fongs, plantes i animals.

Margulis defensava, doncs, una classificació evolutiva. Calia mantenir l’èmfasi en la “novetat evolutiva”: el nucli cel·lular, la divisió mitòtica, la pluricel·lularitat, etc. En la classificació evolutiva cada grup s’acompanya del no-grup. Els ‘vertebrats’ marquen l’existència dels ‘invertebrats’, els ‘animals’ la dels ‘vegetals’, els ‘eucariotes’ la dels ‘procariotes’, etc. En la cladística, els ‘grups negatius’ són reinterpretats d’acord amb la seva diversitat, i així apareixen tots els phyla dels ‘invertebrats’ (començant pels artròpodes, els mol·luscs, els equinoderms, els anèlids), o tots els regnes que Cavalier-Smith identificava entre els ‘protoctistes’ o Woese entre els ‘procariotes’.

El pensament de Lynn Margulis

Margulis no defugí les conseqüències socials del seu treball científic. Era filla del seu temps que, en certa mesura, torna ara, en aquesta repetició dels anys 1970 que són els anys 2010. Margulis va haver de fer avançar la teoria endosimbiòtica en el context del ‘neodarwinisme’. Margulis retreia als ‘neodarwinistes’ haver interpretat la teoria evolutiva (l’aportació de Darwin i Wallace) amb una llum ‘zoològica, capitalista, competitiva i de cost-benefici’. L’evolució era presentada com l’acumulació lenta de mutacions a través d’una selecció natural restringida a nivell de gen (tal com la presenta, per exemple, Richard Dawkins). Contràriament, Margulis poa de la idea de l’equilibri puntuat de Niles Eldredge i Stephen Jay Gould, on llargs períodes d’estabilitat són sacsejats per canvis que s’esdevenen en unes poques generacions. Margulis insistí en la rellevància de la simbiosi com a motor de l’evolució. Alhora, l’evolució no pot veure’s únicament a nivell del gen individual, sinó que cal veure com actua en els diferents nivells (organisme, població, ecosistema).

El nivell superior de tots és el de la pròpia biosfera. Margulis fou cabdal en la gènesi i difusió de la teoria o concepte Gaia propugnat per James E. Lovelock. El concepte Gaia considera la biosfera com un organisme.

Possiblement, però, la major contribució de Lynn Margulis consisteix en haver posat de manifest tot el que podem aprendre a través de l’observació de la diversitat microbiològica. L’interès de Margulis pels més diversos tipus de microorganismes va ser cabdal per convèncer de la validesa de la teoria endosimbiòtica. Però també d’aquesta observació podem aconseguir conèixer com a partir d’una suma caòtica de molècules, infrastructures i ultraestructures, apareix la cèl·lula com la unitat fonamental de la matèria viva.

Aquesta entrada ha esta publicada en 3. La Vida. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada