El nitroplasto: una revolución en la evolución

Frédérique Reverchon

Red de Diversidad Biológica del Occidente Mexicano

Hace algunos días ocurrió una pequeña revolución en el mundo científico. Un estudio publicado en la prestigiosa revista Science demostró la existencia del “nitroplasto”, un organelo capaz de llevar a cabo la fijación del nitrógeno, en el alga unicelular Braarudosphaera bigelowii. Pero, ¿por qué es relevante? Y ¿por qué es extraordinario? 

Primero hablemos del nitrógeno. El nitrógeno es uno de los elementos esenciales para que plantas y animales puedan sintetizar sus proteínas o su ADN, por ejemplo. Existe de forma limitada en el suelo y en los océanos, y su disponibilidad condiciona el crecimiento de las plantas. El mayor reservorio de nitrógeno del planeta se encuentra en la atmosfera, pero el nitrógeno atmosférico no puede ser aprovechado por las plantas, al menos no de manera directa. En cambio, los organismos que sí son capaces de captar el nitrógeno atmosférico y transformarlo en una forma asimilable para poderlo aprovechar son algunas bacterias que se conocen como “fijadoras de nitrógeno”. Las superestrellas de la fijación del nitrógeno son bacterias conocidas como “rizobios”, que forman una simbiosis con las raíces de plantas leguminosas y les proporcionan parte de este nitrógeno captado en una forma que las plantas pueden utilizar. Esta estrecha asociación entre leguminosas y rizobios se ha aprovechado en la agricultura para mejorar la fertilidad de los suelos, como por ejemplo en la milpa donde uno de los cultivos es el frijol (una leguminosa). Además de los rizobios, existen muchas otras bacterias capaces de fijar nitrógeno que viven en asociación con plantas o de forma libre en el suelo o en el agua. 

Hasta hace unos días, pensábamos que sólo las bacterias podían fijar el nitrógeno de la atmosfera. Sin embargo, un estudio desarrollado por Coale y colaboradores demostró por primera vez la existencia de una estructura celular capaz de fijar el nitrógeno atmosférico en un alga marina. A esta estructura (u organelo) le denominaron “nitroplasto”. Esto significa que la fijación del nitrógeno existe en otra de las ramas principales del árbol de la vida, ¡lo cual es asombroso! 

Esquema simplificado del árbol de la vida. Hasta hace unos días, se pensaba que la capacidad a fijar nitrógeno atmosférico sólo se encontraba en la rama de las bacterias. Ahora tenemos evidencia que también se encuentra en la rama de los eucariotas. Fuente: Wikipedia, con modificaciones.

Se hipotetiza que el nitroplasto viene de la integración de una bacteria simbiótica fijadora de nitrógeno, conocida como UCYN-A, que vivía dentro de esta alga marina y evolucionó hasta volverse parte de la célula de su hospedero. Este proceso se llama “endosimbiosis” y había sido descrito anteriormente para explicar, por ejemplo, la capacidad de las plantas a realizar la fotosíntesis, gracias a un organelo conocido como “cloroplasto” que seguramente, antes de volverse parte de la célula vegetal, era una cianobacteria. Sabíamos que algunas microalgas marinas tenían bacterias fijadoras de nitrógeno viviendo dentro de ellas. Lo que no sabíamos es que, en este caso, la bacteria ya está totalmente integrada en la célula de la microalga y evolucionó hasta convertirse en uno de sus organelos. La limitación en nitrógeno probablemente fue uno de los factores determinantes de esta evolución de bacteria a estructura celular. Ahora la micro-alga no depende de una bacteria para adquirir el nitrógeno, ¡lo puede hacer sola!   

Con este gran descubrimiento, podemos soñar y preguntarnos: ¿cuánto tiempo le será necesario a la evolución para que podamos encontrar nitroplastos en otras algas, o incluso en plantas terrestres?

Referencias

• Coale TH, et al. 2024. Nitrogen-fixing organelle in a marine alga. Science 384(6692): 217-222. https://doi.org/10.1126/science.adk1075

Slider: Las cianobacterias fijadoras de nitrógeno fungen como simbiontes bacterianos de varias plantas marinas o terrestres. Son el origen de los cloroplastos (estructuras celulares encargadas de la fotosíntesis en plantas) y del nitroplasto. Fuente: internet.