Japón logra cultivar a los parientes más próximos de la vida compleja y no tienen núcleo

Los parientes vivos más cercanos de todos los animales, plantas y hongos de la Tierra crecen ahora en un laboratorio de Japón, y no se parecen en nada al ancestro que muchos biólogos habían imaginado. Un equipo de JAMSTEC, la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología Marina-Terrestre, ha cultivado los primeros cultivos puros de Heimdallarchaeia, un grupo de arqueas unicelulares del que se cree que surgieron las células complejas. Por dentro, las células son sencillas: sin núcleo, sin compartimentos internos, sin nada que se parezca 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 asociados sin los que no puede vivir, y las células enferman al exponerse al oxígeno pese a portar genes para manejarlo. En conjunto, esos rasgos dibujan el retrato de nuestro ancestro unicelular más profundo como un microbio lento, reacio al oxígeno, que vivía mediante asociaciones, no como una versión en miniatura de la célula compleja en la que acabaría convirtiéndose.

El hallazgo incide en una de las preguntas más antiguas de la biología: cómo una célula sencilla sin núcleo se convirtió en la elaborada célula eucariota que compone todos los cuerpos humanos. La explicación predominante sostiene que una célula arqueana estableció una estrecha asociación con una bacteria, y que esta bacteria acabó siendo engullida y se convirtió en la mitocondria, la central energética del interior de nuestras células. Qué linaje de arqueas actuó como huésped y cómo era se ha debatido durante años, principalmente a partir de fragmentos de ADN extraídos del barro y del agua de mar.

Heimdallarchaeia ocupa el centro de ese debate. Pertenece al filo Promethearchaeota, más conocido por su antiguo nombre, arqueas Asgard, y los árboles filogenéticos genéticos lo sitúan como la rama arqueana más próxima a los eucariotas. Hasta ahora nadie había observado uno vivo de cerca, de modo que las propuestas de que ya poseían estructuras internas complejas o podían respirar oxígeno como nosotros se basaban únicamente en la lectura de sus genomas.

Cómo lo consiguieron

Los microbios procedían 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 aflora agua subterránea salada y rica en metano que entra periódicamente en erupción como un pequeño géiser, por lo que la película queda expuesta regularmente al aire. El equipo escogió el lugar deliberadamente, con la esperanza de encontrar parientes de los eucariotas que tuvieran algún historial con el oxígeno.

Cultivarlos llevó tres años. Los investigadores alimentaron los cultivos con cantidades diminutas de alimentos ricos en proteínas, incluidos aminoácidos de caseína, peptona y leche en polvo, y emplearon tandas de antibióticos para eliminar las bacterias competidoras, transfiriendo una y otra vez a los supervivientes a medio fresco. El resultado fueron dos cepas, denominadas HC1 y SC1. HC1 vive ahora en una asociación estable con un único microbio asociado productor de metano; SC1 vive en un trío con dos de esos asociados.

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

Sencillas por dentro, activas por fuera

En decenas de micrografías electrónicas, ninguna de las dos cepas mostró membranas internas permanentes, el rasgo distintivo de las células eucariotas. Algunas células contenían pequeñas estructuras similares a burbujas que aparecían y desaparecían, pero no había núcleo, retículo endoplásmico ni nada que un biólogo celular llamaría un orgánulo. Las células se dividen en dos como microbios corrientes.

Sus superficies contaban una historia distinta. Tras una fase de crecimiento, la mayoría de las células extendían múltiples brazos de unos 370 nanómetros de grosor que se ramifican y abultan, y esos brazos a menudo contenían más volumen que el propio cuerpo celular, unas 1,4 veces más de media. Los brazos estaban surcados por filamentos parecidos a la actina, la proteína que da forma a nuestras propias células, y se enganchaban físicamente a los microbios asociados. Las células que se encontraban en pleno proceso de división nunca los tenían.

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

Otro rasgo llamó la atención del equipo. Cuando HC1 recibía más alimento, no se dividía más rápido. En su lugar, sus células crecían más y desarrollaban más brazos. Las imágenes de grandes áreas de unas 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 adicional en la reproducción. El intercambio entre tamaño y 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 sitúan al final de la cadena que quema oxígeno para obtener energía. Algunos investigadores habían interpretado genes similares en el ADN de Heimdallarchaeia como señal de que el ancestro de los eucariotas ya respiraba oxígeno. Los cultivos indican lo contrario. Añadir incluso oxígeno en cantidades traza, o una atmósfera con un 1 % de oxígeno, redujo el número de células de HC1 en 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 pese a los bajos niveles de oxígeno, aunque no produjo más células que antes. Su genoma tampoco cuenta con la maquinaria necesaria para conducir electrones desde el alimento hasta el oxígeno. El equipo concluye que las oxidasas actúan como defensa, eliminando el oxígeno, como ocurre en otros anaerobios estrictos. La ferritina, una proteína que limita el daño por oxígeno en el que interviene el hierro, figuraba entre las tres proteínas más expresadas en HC1.

Una prueba de todo el genoma apuntó en la misma dirección. Los investigadores entrenaron un clasificador con enzimas que distinguen a los organismos que necesitan oxígeno de aquellos que lo evitan, y clasificó correctamente microbios conocidos alrededor del 95 % de las veces. Aplicado a todo el filo Asgard, señaló que el grupo es ampliamente anaerobio, con genes de oxidasa o sin ellos.

Esto encaja con una idea conocida como el modelo Ox-Tox: la bacteria que se convirtió en la mitocondria se ganó primero su lugar al absorber oxígeno, 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 propio ancestro. Han tenido tanto tiempo para evolucionar como nosotros, unos dos mil millones de años según la mayoría de las estimaciones, y cualquier rasgo observado hoy puede haber sido adquirido o perdido por el camino. El propio análisis del equipo sugiere que los genes de manejo del oxígeno se desplazaron lateralmente entre grupos emparentados, por lo que sigue abierta la cuestión de si el ancestro los portaba siquiera.

La muestra también es pequeña. Solo se han examinado al microscopio tres cepas de esta rama del árbol: HC1, SC1 y un cultivo de enriquecimiento comunicado 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 presentes en algunas células aún no tienen explicación, y los autores no las califican ni de orgánulos primitivos ni de artefactos.

Las condiciones de laboratorio también importan. Las formas celulares cambiaron cuando las células se fijaron químicamente para obtener imágenes, y los brazos tendían a desprenderse, una advertencia que los propios autores señalan sobre interpretar la anatomía a partir de muestras conservadas. Los cultivos son asociaciones puras en parejas y tríos con organismos asociados, no cultivos de una sola especie, porque las arqueas no pueden crecer solas.

Un linaje abierto ahora a la experimentación

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

El equipo ha propuesto nombres para ambas: Candidatus Margulisarchaeum peptidiphilum para HC1, un nombre de género que incorpora 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 frecuentes sobre las arqueas detrás de la vida compleja

¿Qué son las arqueas Asgard?

Las arqueas Asgard, ahora denominadas formalmente Promethearchaeota, son un grupo de microbios unicelulares identificados por primera vez a partir de ADN ambiental y llamados así por la mitología nórdica. Sus genomas contienen muchos genes que antes se consideraban exclusivos de los eucariotas, razón por la que se las considera el linaje del que surgieron las células complejas.

¿Evolucionaron los humanos a partir de arqueas?

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

¿Tienen núcleo las Heimdallarchaeia?

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

¿Pueden vivir estas arqueas con oxígeno?

Apenas. Son anaerobias y su número cae aproximadamente cien veces con oxígeno en cantidades traza, pero una cepa sobrevivió a bajos niveles de oxígeno cuando bacterias que consumen oxígeno compartían su cultivo.

El estudio se publicó en Nature el 28 de octubre de 2026 y se difundió por primera vez como prepublicación en febrero de 2025. JAMSTEC afirma que las dos cepas servirán ahora como modelos experimentales, mientras el equipo se centra en sus estructuras celulares y en el modo en que se unen a microbios asociados 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, eucariotas, evolución, Heimdallarchaeia