Eso es lo que me viene a la mente cuando miro las fotografías de Sebastian Hess de una especie de criatura unicelular, regordeta y violenta que recogió de un estanque rico en musgo sphagnum en el sur de Alemania. La célula amebozoaria que cambia de forma, al acecho en busca de células de algas para atacar, enrolla su larga hebra de flagelo en un bucle en forma de arete. Manteniendo el bucle firme, la célula de alguna manera se desliza. Sin embargo, el bucle no se mueve, ni se agita ni se agita. "Básicamente parecen pequeños platillos voladores", dice Hess.

Recogió por primera vez a las criaturas, sin nombre de especie y con una forma de locomoción desconcertante, en 2010 y durante años se preguntó cómo funcionaba la locomoción. Hess ha estado buscando y cuidando estas maravillas unicelulares desde que era un adolescente con un microzoo en el alféizar de una ventana. De adulto, ahora en la Universidad Técnica de Darmstadt en Alemania, se especializa en el grupo microscópico que presentaba su zoológico: los protistas.

Este grupo grande y variado de células individuales se encuentra entre los primos microbianos más cercanos a la vida multicelular y envuelven su material genético dentro de un núcleo celular tal como lo hacen los animales, las plantas y los hongos. Los árboles de la vida en el aula durante gran parte del siglo XX y, a veces, después, a menudo relegaban al reino protista a una rama inferior bajo la gloriosa corona de reinos en su mayoría multicelulares. Los biólogos ahora piensan un poco diferente y más allá de meros reinos.

Los esquemas más modernos de hoy presentan al menos dos grandes aros de criaturas microbianas, llamados dominios de Bacteria y Archaea (SN: 29/7/15). Un tercer aro, el eucariota, agrupa a los protistas y los antes orgullosos reinos de las copas de los árboles: los animales, las plantas y los hongos. Otro barrido puede ser inminente, ya que todo el dominio de los eucariotas, incluidos los protistas y las personas que los clasifican, parece ser una rama de Archaea.

En cuanto a los platillos voladores, Hess y sus colegas trabajaron intermitentemente durante casi 10 años para comprender cómo una célula así se mueve de manera tan extraña. Es una forma de locomoción nunca antes encontrada en un ser vivo, dice Hess. Esta natación toroidal o "rosquilla" inspiró a Hess y sus colegas en 2019 a incluir la especie recién descubierta en su propio género nuevo: Idionectes, que aproximadamente significa "nadador peculiar".

Más adelante hablaremos de cómo nadar como un donut, pero la especie, Idionectes vortex, es un excelente ejemplo de cómo la biología de alta tecnología y la exploración a la antigua usanza con botas en el barro están creando una avalancha de descubrimientos para un carismático grupo de vidas diminutas en la Tierra. Estos organismos unicelulares están lejos de ser pequeños puntos aburridos. Además, están agregando algunas ramitas y ramas inesperadas al árbol evolutivo de la vida.

Vivimos en un planeta no animal.

Por citar sólo algunos ejemplos de los nuevos protistas de 2023, una especie nombrada en junio tiene el equivalente unicelular de una cabeza giratoria. En esta célula con forma aproximada de globo descubierta en el intestino de una termita sudamericana, la parte superior gira constantemente sin romperse ni estrangularse. Los descubridores eligieron un nombre con temática demoníaca, Daimonympha Friedkini, inspirado en la cabeza giratoria del niño poseído por demonios en la película de 1973 del director William Friedkin, El exorcista.

Algunas otras especies nuevas pertenecen a los cocolitóforos de aspecto extraño pero de importancia ecológica. Esta rama en su conjunto puede realizar hasta el 10 por ciento de la fotosíntesis de los océanos, convirtiendo la luz solar en algo que comen otras criaturas. Cada célula cocolitóforo se cubre con lo que parecen pequeños tapacubos. Entre las características distintivas del recién nombrado Calciopappus curvus se encuentra un par de muñones con forma de pulgar en algunos de esos tapacubos.

Investigadores en China nombraron una especie notablemente pequeña del género Euplotes, E. mazeii. A las células de Euplotes les crecen varios conjuntos de proyecciones delgadas llamadas cirros que parecen patas que dibujan palos. Incluso sin cerebro ni sistema nervioso, los distintos tipos de Euplotes pueden mover sus piernas con suficiente coordinación para caminar sobre una superficie submarina. Los ingenieros que buscan inspiración para robots a microescala han estado analizando estos modos de andar.

Incluso los protistas conocidos desde hace mucho tiempo tienen atractivo como forma de microvida silvestre. Al igual que los grandes felinos y los osos polares, muchas de estas carismáticas microfauna merecen sus propios documentales sobre la naturaleza. Hess ha ayudado a filmar uno de sus protistas favoritos desde hace mucho tiempo, una especie de Lacrymaria. Esta célula ligeramente bonita con forma de lágrima persigue a sus presas disparando un cuello de cisne largo y caricaturesco que puede estirarse más de siete veces la longitud original del cuerpo del organismo. El cuello, con un bulto parecido a una cabeza al final, se mueve de un lado a otro ágilmente como una serpiente, hasta que un salto repentino finalmente atrapa a la cena.

"Impresionante" es la palabra de Hess para los protistas. “Realmente se comportan como organismos enteros. Pero son sólo células”.

O consideremos cinco nuevas especies de células diminutas y voraces apodadas mordisqueadores. Con sólo unos 3 micrómetros de ancho en su forma hambrienta en forma de hoz, estos protistas muerden (más o menos) a sus víctimas típicamente más grandes cerrándose sobre ellas con una ranura especial en el cuerpo blindada con trozos endurecidos parecidos a dientes llamados dentículos.

Los mordisqueadores y sus parientes más cercanos conocidos, llamados nebúlidos, representan un linaje tan distinto y antiguo que merecen su propia gran rama en el árbol genealógico de los eucariotas, informaron el año pasado el biólogo evolutivo Patrick Keeling de la Universidad de Columbia Británica en Vancouver y sus colegas. Keeling habla apasionadamente sobre la importancia de los depredadores como algo más que una simple diversión de observar la naturaleza. "Si tomaras todos los leones y guepardos y los mataras a todos", dice, "todo el ecosistema se volvería loco". Probablemente ese también sea el caso de los protistas.

Los protistas actuales están clasificados en supergrupos, que son ramas más grandes que los reinos eucariotas clásicos y ofrecen una visión amplia y profunda de la evolución. El supergrupo Amorphea, por ejemplo, abarca todos los animales y hongos, además de algunos parientes unicelulares que incluyen muchas amebas. El nuevo supergrupo que lleva el nombre de las mordisqueadoras y nebulidas, Provora, alude a "devoradores de protistas voraces", escribieron Keeling y sus colegas.

Idionectes también, a pesar de su sereno viaje tipo ovni, es un depredador feroz. Cuando encuentra algas de las que alimentarse, la nave espacial se convierte en una ameba de ataque. Disuelve un agujero a través de la pared celular de las algas, pero no se alimenta al estilo tigre, desgarrando la carne desde fuera de la presa. En cambio, Idionectes se desliza a través del agujero en la pared y se decanta hacia la celda de la presa condenada. Entonces este cazador devora a su presa desde dentro.

Observar a los protistas podría ser aterrador, si fueran más grandes. O si los humanos fueran más pequeños.

El entorno microbiano es totalmente diferente.

"Pasamos mucho tiempo intentando imaginar mundos extraños", dice Keeling. "Hay uno justo delante de nuestras narices, más extraño que cualquier cosa que podamos imaginar".

No está siendo teatral. Consideremos, por ejemplo, la forma en que las motas de cuerpos protistas experimentan el agua. Es radicalmente diferente de la forma en que lo hacen los gigantescos humanos y otros nadadores macroscópicos. Las células solitarias son tan pequeñas que las propiedades del agua corriente las empujan por caminos evolutivos apenas reconocibles para nosotros.

Sumérgete en una piscina y, “si no estás pateando, sigues avanzando un buen rato hasta que te detienes, ¿verdad?” dice Keeling. Sin embargo, una sola célula es tan pequeña que incluso la viscosidad del agua significa que el pequeño nadador apenas se desliza (SN: 19/06/09). Si deja de nadar, simplemente… se detiene. "Es más como si estuvieras en jarabe de maíz", dice Keeling.

Además de ralentizar la locomoción, Syrup World ya no permite ciertas brazadas de natación. Una vieira normalmente vuela abriendo su concha lentamente y cerrándola rápidamente. Pero si se miniaturiza mágicamente, la vieira quedaría atrapada en su lugar, aleteando, según han predicho los físicos. Progresaría cerrando su caparazón, pero desharía ese progreso abriéndolo nuevamente.

Sin embargo, lo positivo es que los movimientos que son inútiles para personas de gran tamaño o para vieiras podrían impulsar a un nadador diminuto. En 1952, el físico Geoffrey Ingram Taylor teorizó que un nadador microbiano con forma de donut podría moversecon una especie de rotación hacia adentro. (La idea se atribuye a una encantadora charla en 1976 del físico y premio Nobel estadounidense Edward Mills Purcell, pero Taylor llegó antes que Purcell).

Esa rotación es básicamente la forma en que la célula circular de Idionectes resultó nadar, anunciaron Hess y sus colegas casi 70 años después de la sugerencia de Taylor. El flagelo largo y fibroso de la célula se enrolla hasta convertirse en la cosa más delgada y escuálida que jamás se pueda describir como un donut. Es mucho más agujero que masa, pero aún así se aproxima a la noción de Taylor.

En un diagrama desarrollado por Taylor, los lados de un donut se elevan a través del agujero, sobre el borde y se envuelven alrededor del otro lado para deslizarse nuevamente hacia el medio. Al principio, Hess se dio cuenta de que su célula de gomita claramente giraba, pero al observar la escasa forma de rosquilla del flagelo con un microscopio simple, "no se puede ver ningún movimiento", dice. Pero cuando él y sus colegas crearon ventiscas submarinas de micropartículas de látex en un líquido almibarado (una técnica que dio a los investigadores un gran avance ocho años después de sus esfuerzos), Hess vio movimientos reveladores de partículas que mostraban que el flagelo estaba rotando.

Cómo un protista gira y nada

El vórtice del protista Idionectes fue descubierto en 2010, pero sólo recientemente los científicos demostraron que se mueve mediante una natación toroidal. Su flagelo se enrolla como un donut. Tanto el flagelo como la parte en forma de cúpula giran (flechas moradas).

Una imagen del vórtice protista Idionectes. S. HESS ET AL MICROBIOLOGÍA DE LA NATURALEZA 2019

Una ilustración del flagelo del vórtice del protista Idionectes que muestra una natación toroidal con flechas moradas que muestran la forma en que gira. S. HESS ET AL / MICROBIOLOGÍA DE LA NATURALEZA 2019

Cómo se descubren los protistas

Vittorio Boscaro, en el laboratorio de Keeling en la Universidad de Columbia Británica, tiene otro misterio de rotación. "No tenemos idea de por qué están haciendo esto", dice. Estamos en una videollamada y él comparte su pantalla para mostrar la nueva especie de protista con cabeza giratoria, D. Friedkini. En los grises fantasmales del vídeo de microscopía óptica, una célula gruesa nada mientras su parte superior, como una gran capa de hielo polar nudosa, gira constantemente. Es fascinante.

El artículo de 2023 que anuncia el descubrimiento de D. Friedkini califica las estructuras de ruedas giratorias como “famosamente raras” en biología. Las bacterias pueden hacer girar libremente sus flagelos sin torcerse en pedazos, pero las células con estructuras más integradas rara vez lo logran.

Aún así, éste no fue el primer spin-top entre células complejas. Al analizar el material genético, los investigadores elaboraron un probable árbol genealógico de parientes cercanos y lejanos. Curiosamente, esta bestia no parece estar tan estrechamente relacionada con otra especie con una cabeza giratoria llamada informalmente Rubberneckia, sobre la cual los investigadores han escrito esporádicamente desde 1974. Estudiar protistas es vivir en la rareza.

Que la nueva especie procediera del intestino de una termita no era gran cosa, me dice Boscaro amablemente, porque los protistólogos han estado destripando termitas en busca de nuevas especies de protistas rotatorios (rubberneckia y D. Friedkini pertenecen a un grupo llamado Parabasalia) durante más de un siglo.

Los protistas están en todas partes. Kiran More, entonces estudiante de la Universidad de Dalhousie en Halifax, Canadá, aprendió mucho cuando agregó un poco de prospección de especies a un viaje familiar en 2016.

Cuando el verano llegó a su fin antes del último año de Moro, su familia condujo por la campiña oriental de Nueva Escocia. Se detuvieron en un pueblo de la isla de Cabo Bretón para admirar una réplica de la querida goleta de los años 20 representada en la moneda de diez centavos canadiense, y More recogió un poco de arena de la costa. Fue sólo cuestión de minutos; Había empacado un juego de tubos de muestreo por si acaso. “Simplemente lo llevaba de una habitación de hotel a otra y lo metía en el mininevera, cuando había mininevera”, dice.

Cuando regresó a la escuela, el lodo pasó a formar parte de su proyecto universitario en busca de especies desconocidas de amebas marinas llamadas vampirélidas (SN: 2/11/15). El nombre puede evocar pesadillas, pero incluso dos de los feroces hallazgos de Moro parecen menos de mandíbula y garra y más de alojamiento y desayuno. Se parecen a un huevo frito.

Un protista descubierto recientemente llamado Placopus melkoniani parece un huevo frito. K. MORE ET AL / J. DE MICROBIOLOGÍA EUCARIÓTICA 2018

Aunque los planes corporales de los vampirélidos varían, en este caso, la “clara” del huevo es la estructura que atraviesa la cubierta exterior de la presa para recolectar el interior nutritivo. Observar una pequeña célula de alga atrapada por el vampirélido revela que el depredador presiona contra la célula de alga hasta que la víctima deja de moverse, drenando las entrañas de la célula moribunda en cinco a 10 minutos.

La única muestra de arena recolectada por More terminó proporcionando al menos siete tipos visiblemente diferentes de amebas vampirélidas. Placopus melkoniani y P. pusillus, vampiros de huevo frito ahora nombrados como nuevas especies, cazan avanzando. Sus membranas exteriores se mueven “como una cinta transportadora”, dice More, o como las bandas de rodadura de un tanque. "Se puede ver todo el contenido celular en el interior y también girando a medida que gira la membrana exterior, lo cual es casi hermoso", dice.

En 2021, esa misma muestra de vacaciones entregó una tercera especie nueva. Más aún, para entonces un estudiante de posgrado en sistemática y evolución de la Universidad de Alberta en Edmonton, Canadá, y sus colegas llamaron a esa nueva especie Sericomyxa perlucida, que significa "limo sedoso transparente". Parece un volante de bádminton atropellado en la carretera, pero con mechones exquisitamente delicados. Y no se trataba sólo de una nueva especie en un nuevo género, sino que también representaba una familia completamente nueva.

Cualquier ornitólogo o mamólogo habría quedado encantado con los resultados. Pero en la vertiginosa frontera del descubrimiento de protistas, "me decepcioné", dice More. "Estaba tan decidido a encontrar un linaje ambiental donde nadie había visto nada antes".

Cuando el botánico sueco Carl Linneo, fundador del sistema de denominación biológica de la ciencia occidental en el siglo XVIII, estudió organismos unicelulares, se limitó a mirar. Nombró relativamente pocos organismos unicelulares y puso a la mayoría en un género que finalmente llamó Caos. Los biólogos de hoy tienen muchas más herramientas de alta tecnología a su disposición, pero la evolución de la vida en la Tierra todavía parece caótica. Según una investigación publicada este año, una célula de un tipo de protista llamado criptomona tiene siete conjuntos separados de genes. Tres de los conjuntos adicionales provienen de pequeños órganos descendientes de células de vida libre de hace mucho tiempo, dos de bacterias simbióticas que aparentemente se habían vuelto esenciales y otro de un virus que hacía autostop en una de las bacterias.

Los microbios dominan la Tierra

"Somos una aberración", dice Maureen O´Malley, filósofa de microbiología de la Universidad de Sydney, como un terrícola multicelular hablando con otro. En la visión moderna de la vida, los microbios unicelulares (entre ellos los protistas) dominan el planeta. Las grandes formas de vida multicelulares ahora parecen fenómenos raros y atípicos. Una comparación de 2018 estima que los protistas de la Tierra representan el doble de gigatoneladas de carbono que todos los animales juntos. Agregue otros microbios y juntos contienen 40 veces la biomasa.

Placopus melkoniani y otro nuevo miembro de su género, P. pusillus , crean agujeros en las células de las algas (se muestran agujeros en uno) y se comen las entrañas. K. MORE ET AL / J. DE MICROBIOLOGÍA EUCARIÓTICA 2018

La Tierra fue enteramente un mundo de microbios durante unos 2.500 millones de años o más, la mayor parte de la historia de la vida, señala O´Malley. Nosotros, los grandes multicelulares, evolucionamos gracias a las innovaciones microbianas. Sólo algunos ejemplos: la atmósfera oxigenada provino de la fotosíntesis de las cianobacterias hace 2.700 millones de años. Incluso hoy en día se estima que la mitad del oxígeno que respiramos proviene de fuentes microbianas, no de plantas. Y la capacidad de las plantas para generar oxígeno provino de la absorción de la tecnología microbiana que conocemos como cloroplastos.

Las termitas “comen” madera gracias a los protistas alojados en sus entrañas. Las plantas de tomate crecen mejor con más protistas depredadores en el suelo alrededor de sus raíces. Los calamares Bobtail obtienen el brillo de sus órganos luminosos gracias a las bacterias engullidas. Las moscas tsetsé no pueden alimentar con leche a sus extrañas crías nacidas vivas sin bacterias vivas especializadas que les proporcionen vitaminas B. La lista sigue y sigue en el caso de los microbios influyentes. Ellos dieron forma al mundo y nos mantienen vivos en él.

O´Malley resume a los microbios como "las formas de vida dominantes no sólo en el mundo actual, sino también en todas las épocas pasadas de la Tierra". Para los observadores de aves, los amantes de las flores silvestres y los entusiastas de la naturaleza de todo tipo, ver realmente estas pequeñas criaturas invisibles por primera vez puede ser como darse cuenta de que existe la materia oscura. Y no sólo que existe, sino que constituye una parte mucho mayor del universo que la supuesta materia ordinaria.

Nuevos descubrimientos sobre protistas y otras especies microbianas y sus formas de vida están creando una visión y una apreciación muy diferentes de la vida en todas sus formas. Con algunas excepciones extravagantes (incluyéndonos a nosotros), ser terrícola es ser microscópico.

CITAS

F. Burki  y col. El nuevo árbol de los eucariotas. Tendencias en Ecología y Evolución. vol. 35, enero de 2024, pág. 43. doi: 10.1016/j.tree.2019.08.008. 

E. Hehenberger  y col. Nuevos simbiontes de Parabasalia  Snyderella  spp. y  Daimonympha  gen. nov. de las termitas Rugitermes sudamericanas  y la evolución paralela de una célula con una “cabeza” giratoria.  Revista de microbiología eucariótica. vol. 70, septiembre-octubre. 2023, e12987. doi: 10.1111/jeu.12987.

S. Hess y col. "Un micronadador toroidal natural con un flagelo eucariota giratorio". Microbiología de la naturaleza. vol. 4, octubre de 2019, pág. 1620. doi: 10.1038/s41564-019-0478-6.

S. Hess. Las amebas de  Idionectes vortex  (Cutosea, Amoebozoa): motilidad, arquitectura del citoesqueleto y escamas extracelulares. Revista de microbiología eucariótica. vol. 68, noviembre-diciembre. 2021, e12869. doi: 10.1111/jeu.12869. 

K. More, AGB Simpson y S. Hess. Dos nuevas especies marinas de  Placopus  (Vampyrellida, Rhizaria) que perforan la teca de  Tetraselmis  (Chlorodendrales, Viridiplantae). Revista de microbiología eucariótica: vol. 66, julio-agosto. 2019, pág. 560.doi: 10.1111/jeu.12698.

K. More, AGB Simpson y S. Hess. Descripción del depredador marino Sericomyxa perlucida gen. y sp. nov., un representante cultivado del linaje ramificado más profundo de amebas vampirélidas (Vampyrellida, Rhizaria). Revista de microbiología eucariótica. vol. 68, noviembre-diciembre. 2021, e12864. doi: https://doi.org/10.1111/jeu.12864.

SL Tamm y S. Tamm. "Evidencia directa de membranas fluidas". Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. vol. 71, 1 de noviembre de 1974. pág. 4589. doi: 10.1073/pnas.71.11.4589.

GI Taylor. La acción de agitar colas cilíndricas para impulsar organismos microscópicos. Actas de la Royal Society A. vol. 211, 21 de febrero de 1952, pág. 225. doi: 10.1098/rspa.1952.0035.

DV Tikhonenkov  et al. Los depredadores microbianos forman un nuevo supergrupo de eucariotas. Naturaleza. vol. 612, 22 de diciembre de 2022, pág. 714. doi: 10.1038/s41586-022-05511-5.

DV Tikhonenkov  et al. Guía rápida: Provora. Biología actual. vol. 33, 7 de agosto de 2023, R781. doi: 10.1016/j.cub.2023.06.004.

Acerca de Susan Milius

Susan Milius es escritora de ciencias biológicas, aborda la biología y la evolución de los organismos y tiene una pasión especial por las plantas, los hongos y los invertebrados. Estudió biología y literatura inglesa.

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