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La magnetotaxia como camino a la pluricelularidad
Alberto González Fairén
La pluricelularidad confiere una serie de ventajas selectivas a los organismos que la poseen. El camino evolutivo que ha conducido a la aparición de seres pluricelulares pudo requerir en sus inicios del concurso de bacterias magnetotácticas.
lgunos microorganismos acuáticos son magnetotácticos, esto es, tienden a nadar guiándose por las líneas del campo magnético terrestre. Esta respuesta no es exclusiva de las bacterias, si bien es en ellas donde ha sido mejor y más ampliamente estudiada. Las bacterias magnetotácticas (Figura 1) tienen la capacidad de sintetizar pequeñas cadenas de cristales de magnetita (Fe3O4) y/o greigita (Fe3S4); lo consiguen a partir del hierro que obtienen sin dificultad a concentraciones de 1 mg./l., aproximadamente, en los ambientes naturales donde habitan. Después transportan la cadena de cristales en su interior, donde cada cristal está recubierto de una fina membrana que sirve para mantener a las partículas en una posición fija dentro de la estructura celular. Se constituyen de este modo los magnetosomas, unidos entre sí por material orgánico estable y dispuestos en cadenas paralelas al eje mayor de la célula. Todo el proceso está sujeto a un estricto control genético de composición, tamaño, morfología y orientación cristalográfica.
Bacteria magnetotáctica
Figura 1: Ejemplar de bacteria magnetotáctica. (cortesía de A. Davila)
La magnetita es un óxido de hierro con propiedades magnéticas, con lo que la cadena de magnetosomas constituye una brújula biomagnética de suficiente potencia como para orientar a la bacteria, de un modo eficaz, en la dirección de las líneas de fuerza del campo geomagnético terrestre. Éste apunta hacia el norte y hacia abajo en el hemisferio septentrional, y al norte y hacia arriba en el meridional. Así, las bacterias del hemisferio septentrional nadan buscando el norte (hacia abajo), y las del meridional buscan el sur (también nadan hacia abajo). En base a ello, se ha propuesto que la magnetotaxia bacteriana es un mecanismo para migrar hacia el fondo de las masas de agua y permanecer en los sedimentos: el campo geomagnético terrestre orienta la cadena de cristales –y, por ende, a la bacteria- en una dirección semivertical, y la bacteria se desplaza impulsada por su flagelo hacia los sedimentos. Y como todas son anaerobias o microaerófilas, esta tendencia a migrar al fondo, a los lugares con menor concentración de oxígeno, constituye una ventaja evolutiva: sirve para encontrar la situación óptima, en un gradiente vertical de concentración de O2, en la zona de transición oxigénica/anoxigénica de las interfases agua-sedimento de los sustratos cenagosos y de los sedimentos en los que habitan.

El microbiólogo español Alfonso Davila, del Centro de Investigación Ames de la NASA, ha propuesto que la magnetotaxia pudo conducir a un nivel primario de multicelularidad entre organismos procariotas, que ha denominado Procariota Magnetotáctico Multicelular (PMM, Figura 2). El PMM estaría constituido por decenas de células flageladas caracterizadas por un ciclo vital multicelular, motilidad coordinada, un nivel elemental de diferenciación celular, comunicación intercelular y formaciones ultraestructurales que sugieren una organización multicelular. El mantenimiento de un ciclo multicelular continuo parece esencial para que el PMM conserve su optimización magnética durante el ciclo reproductivo, y que los descendientes retengan así la capacidad para orientarse en el campo magnético de la Tierra. Por lo tanto, la optimización de la respuesta magnética, y la necesidad de transmitir eficazmente la polaridad magnética durante la división celular, han podido ser fuerzas selectivas de primer orden en el camino de la biosfera terrestre hacia la pluricelularidad.
Agrupación esférica multicelular de procariotas magnetotácticos
Figura 2: Agrupación esférica multicelular de procariotas magnetotácticos, o PMM.
(cortesía de A. Davila)
No se puede dejar de considerar la aparición de posibles cadenas de cristales de magnetita, de estructura y composición química singulares en el interior de glóbulos de carbonato en el meteorito marciano ALH84001. Estas cadenas se han considerado biomarcadores, ya que son idénticas a las que forman algunas bacterias terrestres, hasta el punto de que resulta imposible distinguir física, química o morfológicamente las cadenas de cristales de magnetita de ALH84001 de las que forma la bacteria magnetotáctica marina MV-1. Si la vida en Marte no evolucionó más allá de un nivel de organización sencillo, similar al de los organismos unicelulares de la Tierra, la magnetotaxia pudo suponer una importante ventaja selectiva, que podría haber conducido incluso a la aparición de estructuras multicelulares complejas del tipo del PMM terrestre.

Tomando como referencia la bioquímica y la ecología de los organismos magnetotácticos de la Tierra, la evolución de la magnetotaxia en Marte requeriría la presencia de hábitats acuosos y de un campo magnético planetario. Ambas posibilidades están actualmente bien documentadas gracias a los datos geoquímicos y magnéticos que han proporcionado las últimas misiones a Marte (Figuras 3 y 4). Si la magnetotaxia evolucionó en Marte, la selección natural pudo haber facilitado la aparición de formas multicelulares del tipo de los PMM. Las ventajas de tales estructuras frente a los organismos unicelulares incluyen el acceso a recursos y nichos ecológicos que requieren una masa crítica, la defensa colectiva frente a agentes capaces de dañar a células aisladas, y la optimización de la supervivencia por diferenciación en subtipos celulares. Además, la hipótesis de la multicelularidad en Marte está apoyada por la preferencia de los PMM por ambientes anóxicos o microaerófilos en sedimentos marinos, un tipo de entornos recurrentemente sugerido para el Marte primitivo. La multicelularidad, en definitiva, añadiría un nivel superior de complejidad a la posible biosfera marciana.
Marte: Meridiani Planum
  Figura 3: Las evidencias de acumulación de diferentes volúmenes de agua líquida en la zona de Meridiani Planum son incontrovertibles. Imagen 3D, ver con gafas especiales. (ESA) Click para ampliar!
Marte: Campo magnético...
Figura 4: Campo magnético remanente fosilizado en las rocas de la superficie marciana. (Connerney et al, 2000) Click para ampliar!
 
 
San Francisco (California), EEUU, 17 de Febrero de 2007.
 
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