En Japón cultivaron a los parientes más cercanos de la vida compleja, y no tienen núcleo

Los parientes vivos más cercanos de todos los animales, plantas y hongos de la Tierra ahora crecen en un laboratorio en Japón, y no se parecen en nada al ancestro que muchos biólogos habían imaginado. Un equipo del JAMSTEC, la Agencia Japonesa de Ciencias Marinas y Terrestres, ha cultivado las primeras cepas puras de Heimdallarchaeia, un grupo de arqueas unicelulares del que se cree que surgieron las células complejas. En su interior, las células son simples: sin núcleo, sin compartimentos internos, nada que se asemeje a los orgánulos que definen nuestras propias células.

La sorpresa está en el exterior. Cada célula desarrolla largos brazos ramificados que se aferran a microbios compañeros sin los cuales no puede vivir, y las células se enferman al exponerse al oxígeno, aunque portan genes para manejarlo. En conjunto, estos rasgos dibujan un retrato de nuestro ancestro unicelular más profundo como un microbio lento, que rehuía el oxígeno y vivía en asociación, no como una versión en miniatura de la célula compleja en la que eventualmente se convertiría.

El hallazgo aborda una de las preguntas más antiguas de la biología: cómo una célula simple sin núcleo se convirtió en la elaborada célula eucariota que compone el cuerpo humano. La respuesta principal sostiene que una célula arqueana formó una estrecha asociación con una bacteria, y que la bacteria fue eventualmente engullida y se convirtió en la mitocondria, la central energética de nuestras células. Qué linaje de arqueas actuó como anfitrión, y cómo era, ha sido objeto de debate durante años, principalmente a partir de fragmentos de ADN extraídos del lodo y el agua de mar.

Heimdallarchaeia se encuentra en el centro de ese debate. Pertenecen al filo Promethearchaeota, más conocido por su nombre anterior, arqueas de Asgard, y los árboles genéticos las sitúan como la rama arqueana más cercana a los eucariotas. Hasta ahora, nadie había visto una viva de cerca, por lo que las propuestas de que ya tenían estructuras internas complejas, o que podían respirar oxígeno como nosotros, se basaban únicamente en lecturas del genoma.

Cómo lo hicieron

Los microbios provenían de un lugar inusual: una biopelícula que recubría el interior de un pozo de gas natural en la península de Boso, en la prefectura de Chiba, al este de Tokio. Allí brota agua subterránea salada y rica en metano que entra en erupción periódicamente como un pequeño géiser, por lo que la película está expuesta al aire con regularidad. El equipo eligió el sitio a propósito, con la esperanza de capturar parientes de los eucariotas que tuvieran cierta historia con el oxígeno.

Cultivarlos tomó tres años. Los investigadores alimentaron los cultivos con pequeñas cantidades de alimento rico en proteínas, incluidos casaminoácidos, peptona y leche en polvo, y usaron rondas de antibióticos para eliminar las bacterias competidoras, transfiriendo los supervivientes a un medio fresco una y otra vez. El resultado fueron dos cepas, llamadas HC1 y SC1. HC1 ahora vive en un emparejamiento estable con un único microbio compañero productor de metano; SC1 vive en un trío con dos de esos compañeros.

No son de crecimiento rápido. HC1 tarda aproximadamente una semana o más en duplicarse, y SC1 de dos a tres semanas. Una bacteria intestinal como E. coli puede duplicarse en unos 20 minutos. Luego, el equipo examinó las células con microscopios electrónicos de barrido y transmisión, criotomografía electrónica que reconstruye una célula congelada en 3D, y marcaje fluorescente, y secuenció ambos genomas, que resultaron tener 7,91 y 6,75 millones de letras de ADN.

Simples por dentro, activas por fuera

En docenas de micrografías electrónicas, ninguna de las cepas mostró ninguna membrana interna permanente, el sello distintivo de las células eucariotas. Algunas células contenían pequeñas estructuras similares a burbujas que iban y venían, pero sin núcleo, sin retículo endoplasmático y nada que un biólogo celular llamara orgánulo. Las células se dividen en dos como los microbios ordinarios.

Sus superficies contaban una historia diferente. Después de una fase de crecimiento, la mayoría de las células extendían múltiples brazos de unos 370 nanómetros de grosor que se ramificaban y abultaban, y esos brazos a menudo contenían más volumen que el propio cuerpo celular, aproximadamente 1,4 veces más en promedio. Los brazos estaban tachonados de filamentos parecidos a la actina, la proteína que da forma a nuestras propias células, y se enganchaban físicamente a los microbios compañeros. Las células en medio de la división nunca los tenían.

Esa asociación no es opcional. Ambas cepas descomponen fragmentos de proteínas y liberan hidrógeno como desecho, una reacción que se estanca a menos que un compañero siga eliminando el hidrógeno. Cuando los investigadores bloquearon a los compañeros productores de metano con un inhibidor, las arqueas dejaron de crecer por completo.

Un rasgo más captó la atención del equipo. Cuando HC1 recibió más alimento, no se dividió más rápido. En cambio, sus células crecieron más y desarrollaron más brazos. Las imágenes de área amplia de aproximadamente 15.000 células mostraron brazos más grandes y numerosos por célula, y la proteína por célula aumentó de 66 a 226 femtogramos. Las bacterias y arqueas típicas invierten la energía extra en la reproducción. Intercambiar tamaño por reproducción es, señalan los autores, algo que hacen los eucariotas.

El enigma del oxígeno

HC1 porta genes para oxidasas terminales, enzimas que en los animales se encuentran al final de la cadena que quema oxígeno para obtener energía. Algunos investigadores habían interpretado genes similares en el ADN de Heimdallarchaeia como una señal de que el ancestro de los eucariotas ya respiraba oxígeno. Los cultivos dicen lo contrario. Agregar incluso trazas de oxígeno, o una atmósfera con un 1% de oxígeno, redujo el número de células de HC1 aproximadamente cien veces.

HC1 solo podía sobrevivir al oxígeno con ayuda. Cuando se añadieron al cultivo bacterias consumidoras de oxígeno aisladas del enriquecimiento original, HC1 creció a pesar de los bajos niveles de oxígeno, aunque no produjo más células que antes. Su genoma también carece de la maquinaria necesaria para dirigir electrones de los alimentos al oxígeno. El equipo concluye que las oxidasas funcionan como una defensa, eliminando el oxígeno, de manera similar a como lo hacen en otros anaerobios estrictos. La ferritina, una proteína que limita el daño del oxígeno relacionado con el hierro, se encontraba entre las tres proteínas más expresadas en HC1.

Una prueba a nivel genómico apuntó en la misma dirección. Los investigadores entrenaron un clasificador con enzimas que distinguen a los organismos que necesitan oxígeno de los que lo evitan, y clasificó correctamente a los microbios conocidos aproximadamente el 95% de las veces. Aplicado a todo el filo de Asgard, señaló al grupo como ampliamente anaeróbico, con o sin genes de oxidasa.

Eso encaja con una idea conocida como el modelo Ox-Tox: la bacteria que se convirtió en la mitocondria se ganó primero su lugar absorbiendo el oxígeno que era tóxico para su huésped arqueano, mucho antes de convertirse en el proveedor de energía de la célula.

Lo que no resuelve

Estos microbios son primos del ancestro, no el ancestro en sí. Han tenido tanto tiempo para evolucionar como nosotros, unos dos mil millones de años según la mayoría de las estimaciones, y cualquier rasgo visto hoy pudo haberse ganado o perdido en el camino. El propio análisis del equipo sugiere que los genes para manejar el oxígeno se movieron lateralmente entre grupos relacionados, por lo que si el ancestro los portaba o no sigue siendo una incógnita.

La muestra también es pequeña. Solo tres cepas de esta rama del árbol se han examinado al microscopio: HC1, SC1 y un cultivo de enriquecimiento reportado anteriormente por otro grupo. Las tres carecen de orgánulos, pero un linaje tan diverso podría incluir miembros con interiores más elaborados. Las burbujas internas ocasionales en algunas células aún no tienen explicación, y los autores no las consideran ni orgánulos primitivos ni artefactos.

Las condiciones de laboratorio también importan. Las formas de las células cambiaron cuando se fijaron químicamente para las imágenes, y los brazos tendían a romperse, una advertencia que los propios autores señalan sobre la interpretación de la anatomía a partir de muestras preservadas. Los cultivos son emparejamientos y tríos puros con compañeros, no cultivos de una sola especie, porque las arqueas no pueden crecer solas.

Un linaje ahora abierto a experimentos

El grupo de JAMSTEC cultivó el primer miembro del grupo más amplio de Asgard, una cepa llamada MK-D1 de sedimentos de aguas profundas, y la reportó en 2020. En 2023, un equipo en Viena describió una segunda, Lokiarchaeum ossiferum, con brazos similares. Las nuevas cepas pertenecen a la rama más cercana a los eucariotas, crecen más rápido que MK-D1 y tienen células más grandes, lo que las hace mucho más fáciles de estudiar.

El equipo ha propuesto nombres para ambas: Candidatus Margulisarchaeum peptidiphilum para HC1, un nombre de género que lleva el apellido de Lynn Margulis, la bióloga que defendió la teoría de que las mitocondrias comenzaron como bacterias capturadas, y Candidatus Flexarchaeum multiprotrusionum para SC1.

Preguntas comunes sobre las arqueas detrás de la vida compleja

¿Qué son las arqueas de Asgard?

Las arqueas de Asgard, ahora llamadas formalmente Promethearchaeota, son un grupo de microbios unicelulares identificados por primera vez a partir de ADN ambiental, nombrados así por la mitología nórdica. Sus genomas portan muchos genes que alguna vez se consideraron exclusivos de los eucariotas, razón por la cual se les considera el linaje del que surgieron las células complejas.

¿Los humanos evolucionaron de las arqueas?

En un sentido profundo, sí. El modelo principal sostiene que la primera célula eucariota se formó cuando una arquea relacionada con las Heimdallarchaeia actuales se asoció con una bacteria que se convirtió en la mitocondria. Todos los animales, plantas y hongos descienden de esa célula fusionada.

¿Tienen núcleo las Heimdallarchaeia?

No. Las cepas cultivadas HC1 y SC1 no tienen núcleo ni membranas internas permanentes. Su complejidad reside en el exterior, en largos brazos ramificados que se conectan con microbios compañeros.

¿Pueden estas arqueas vivir con oxígeno?

Apenas. Son anaeróbicas y su número se reduce aproximadamente cien veces con trazas de oxígeno, pero una cepa sobrevivió a bajos niveles de oxígeno cuando bacterias consumidoras de oxígeno compartían su cultivo.

El estudio fue publicado en Nature el 28 de octubre de 2026, y se publicó por primera vez como preimpresión en febrero de 2025. JAMSTEC afirma que las dos cepas servirán ahora como modelos experimentales, y el equipo se centrará en sus estructuras celulares y en la forma en que se unen a los microbios compañeros para rastrear cómo una célula arqueana con brazos en el exterior terminó construyendo un núcleo en el interior.

Referencia: Imachi, Nobu et al., “Eukaryotes’ closest relatives are internally simple syntrophic peptidotrophic archaea,” Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-11170-7

Etiquetas: arqueas, Asgard archaea, biología celular, eucariontes, evolución, Heimdallarchaeia