La Evolución Celular y sus Repercusiones en la Medicina Contemporánea I
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Sesión de Incorporación
La Evolución Celular y sus Repercusiones
en la Medicina Contemporánea I
AN Dr. Carlos Bernedo Gutiérrez
I. INTRODUCCIÓN
La estrella solar se había formado hace 5000
Hablar del origen y evolución de la célula es
millones de años por el colapso gravitacional de una
hablar del origen y evolución de la vida, uno de los
nube molecular gigante compuesta de la materia
misterios más esquivos al conocimiento humano,
prima elemental: el hidrógeno. Es posible concebir
por ello, quisiera iniciar estas reflexiones desde la
que esta nube estaba dentro del alcance explosivo
perspectiva histórica de nuestro planeta Tierra.
de una supernova cercana, cuya onda de choque
Desde los albores de la humanidad, el hombre se ha pudo haber desencadenado la formación del sol a
planteado con persistencia, a través de la historia, través de la creación de regiones de sobre densidad
en todas las culturas y latitudes las preguntas que en la nebulosa circundante; en ellas, el gas de
involucran a su propia existencia y al mundo que lo hidrógeno y helio se congregaba y colapsaba debido
rodea: a su propia gravedad; este colapso adopta a su vez
un movimiento circular, como efecto del ángulo de
¿Cuál es el origen del universo? ¿Tuvo un principio, choque, o de la gravedad que proviene de la materia
y, si así fue, que había antes de ese punto inicial? circundante. Conforme continuaba la contracción y
¿Cuál es la naturaleza del tiempo? ¿Llegará éste aumentaba enormemente la densidad, los átomos
alguna vez a un final? Y este torbellino de enigmas de hidrógeno y helio colisionaban unos con otros,
universales nos lleva a otros no menos misteriosos y la temperatura del gas aumentaba enormemente,
¿En qué momento, cómo y porqué surgió la vida? hasta que finalmente estuvo lo suficientemente
¿Cuál es nuestro lugar en el universo? ¿Qué sentido caliente como para iniciar reacciones de “fusión
tiene nuestra existencia? (1) nuclear”. Estas reacciones convertían el hidrógeno
en más helio, creando una inmensa fuente interna
Deberíamos admitir, con forzada modestia, que a de energía nuclear, irradiante de luz y calor que
pesar de los espectaculares avances de la ciencia contrarrestó la fuerza de la contracción gravitacional,
y la tecnología alcanzadas al empezar el tercer alcanzando así un estado de equilibrio hidrostático.
milenio de nuestra era, o sea después de 2.5 En este punto el Sol se volvió una estrella
millones de años de poblar la tierra los humanos, completamente nueva. (3)
no tenemos aún buenas respuestas; sin embargo,
hemos ido construyendo progresivamente un Los planetas que la circundan, y con ellos La Tierra,
modelo que intenta representar nuestra imagen de se formaron poco después, hace 4600 millones
lo que llamamos “realidad”. (2) de años por “captura y acrecentamiento” de polvo
estelar que se condensó en material rocoso de
Es algún momento y lugar, dentro de este modelo, tamaño creciente, a medida se que capturaba más
es que tenemos que ubicar los albores del fenómeno polvo y material rocoso, por impacto, hasta alcanzar
vital que habita nuestro planeta desde hace 3600 las dimensiones planetarias. (4)
millones de años. (3)
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En el Eón Hadeico del Precámbrico, hace 4,600 Así pues, los seres vivos se distinguen de los seres
millones de años, la tierra era una bola ardiente inertes por un conjunto de características, siendo
de lava líquida que ardía por la desintegración del las más importantes la organización molecular,
uranio, torio y potasio radioactivos en su núcleo. (3) la reproducción, la evolución y el manejo no
espontáneo de su energía interna. (5)
Le sucedió el Eón Arcaico que empieza hace 3,900
millones de años; entonces, al disminuir el material Hemos visto como las hipótesis sobre el origen de
radioactivo del núcleo central, el planeta comienza la tierra, nos hablan de un nacimiento traumático
a enfriarse y a formarse la corteza terrestre sólida bajo cuyas extremas condiciones no imaginamos
que sufre una doble agresión, ya que es perforada la existencia de seres vivos de ninguna especie.
por la eclosión de intensas erupciones volcánicas y Entonces……….
por el violento impacto de grandes meteoritos y la
atmósfera del planeta se satura de vapor de agua III. ¿CÓMO DE ORIGINÓ LA VIDA?
que provenía del vapor de las erupciones volcánicas La cuestión de la generación espontánea: de
y por el impacto de cometas portadores de millones Aristóteles a Pasteur.
de toneladas de hielo que fueron incorporadas al
lecho atmosférico primitivo de la tierra. A medida Aristóteles creía en la generación espontánea que
que corteza y atmósfera se enfriaban, el vapor de él llamaba “entelequia”, Creía por ejemplo que los
agua pudo por fin condensarse y sobrevinieron pulgones de los rosales se originaban del rocío y
torrenciales lluvias que debieron durar cientos las pulgas de la materia en putrefacción. Mucho más
de años creando grandes océanos calientes. tarde, Alex Huxley acuño el término “generación
Las intensas lluvias al caer sobre las montañas espontánea” para nombrar esta teoría. Dado el
arrastraban por los ríos al océano minerales y sales, enorme prestigio del filósofo griego, tales ideas se
mientras que la actividad tectónica liberaba gases mantuvieron incólumes por más de dos mil años (3)
atrapados en el interior de la tierra para formar una
nueva atmósfera compuesta por vapor de agua, Gracias a Pasteur, y su experimento de los matraces,
argón, neón y dióxido de carbono. Se producían la idea de la generación espontánea fue desterrada
grandes tormentas eléctricas y el sol seguía del pensamiento científico y a partir de entonces se
enviando luz ultravioleta y calor a la atmósfera, que aceptó de forma general el principio de que todo ser
iba haciéndose más gruesa, vivo procede de otro ser vivo.
A este eón arcaico que va desde 3,900 hasta hace Entonces si la vida no se crea por generación
2,500 millones de años, pertenecen los primeros espontánea y todo ser procede de otro ser vivo,
vestigios de vida sobre la superficie planetaria. (3) cuándo y cómo se creó el primer ser viviente. El
enigma que encierra esta pregunta es uno de los
II. LA ANIMACIÓN DE LA MATERIA grandes misterios que la ciencia aún no ha podido
esclarecer. Las diversas teorías que acometen
¿Qué es la vida?
contra esta ciudadela hasta ahora inexpugnable
Si usamos una definición fácil para una pregunta tan se pueden clasificar dentro de cuatro grandes
difícil, diríamos que es el estado intermedio entre el hipótesis:
nacimiento y la muerte.
1. El origen de la vida fue el resultado de un
Pero desde un punto de vista bioquímico, y evento súper natural, algo más allá de lo que
biológico es aquel estado o carácter especial de la física y la química pueden explicar.
la materia alcanzado por estructuras moleculares 2. Formas simples de vida se originaron por
auto-organizadas, capaces de intercambiar energía generación espontánea de materia inerte en
y materia con el entorno, con la finalidad de auto- períodos cortos de tiempo.
mantenerse, renovarse y reproducirse.
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3. La vida coexiste con la materia y no tiene estructuras que aparentaban ser microfósiles
comienzo; la vida llegó a la tierra en el momento calcificados de bacterias y otras pequeñas
de su creación o poco tiempo después estructuras biológicas. (7)
(Panspermia).
Posteriores estudios quitaron fuerza a la hipótesis
4. La vida surgió en la temprana época de la
vital del meteorito, al plantear que las formas que
Tierra por una serie de reacciones químicas
aparentaban ser bacterias correspondían a glóbulos
progresivas. Tales reacciones pudieron haber
de carbonato, producto de reacciones inorgánicas;
recorrido uno o más eventos químicos, hasta
no obstante, el debate continúa.
ahora, improbables. (6)
La hipótesis 4 es, después de todo, la más realista y
La primera hipótesis tiene aspectos teológicos y
cuenta con el consenso mayoritario de los científicos
filosóficos: La vida fue creada por ejemplo por un
dedicados al estudio de la “abiogénesis”, (rama de
Dios, supremo creador. Es de naturaleza mística y
la Biología dedicada el estudio del origen de la vida).
se basa en la fe.
El Biólogo y Bioquímico Ruso Alexander Oparin
La hipótesis dos, fue una opinión que prevaleció
publicó en 1952 su teoría sobre el origen de la
durante muchos siglos. Fue después del
vida, basado en sus profundos conocimientos de
Renacimiento y de los siglos XVII y XVIII que esta
geología, astronomía y bioquímica, teorizó con gran
hipótesis perdió fuerza. Con las investigaciones de
fundamento sobre el escenario del eón arcaico en el
Pasteur y Pouchet en la mitad del siglo XIX, esta
que habría surgido la vida en el planeta. (5)
hipótesis fue enterrada.
Sostuvo que la atmósfera primitiva estaba formada
La hipótesis tres ganó popularidad a fines del siglo
por: Vapor de agua (H2O), Dióxido de carbono
XIX con la sugerencia del químico sueco Arruines.
(CO2), Monóxido de carbono (CO), Nitrógeno (N2),
Él sostenía que la vida en la Tierra surgió de micro
Metano (CH4), y Amonio (NH3). (6)
organismos o esporas transportadas a través del
espacio, por la presión de la radiación, de planeta Los 30 km de espesor medio de la corteza terrestre
en planeta o de sistema solar en sistema solar. constituidos de roca magmática evidencian, sin
duda, la intensa actividad volcánica que había en
El 27 de diciembre de 1984 una expedición del
la Tierra. Se sabe que actualmente es expulsado
Instituto Smithsoniano estadounidense en la
cerca de un 10% de vapor de agua junto con el
Antártida, encontró el meteorito ALH 84001. Su
magma, y probablemente también ocurría de esta
nombre proviene de Allan Hills, el área antártica y
forma antiguamente. La persistencia de la actividad
de la fecha donde fue encontrado. Es una diogenita
volcánica durante millones de años habría provocado
de color marrón oscuro de 1931 kg de peso, Se
saturación en la humedad de la atmósfera, por
estima que se formó en Marte hace 4500 millones
lo que el agua ya no se mantendría como vapor.
de años al recibir el impacto de un meteorito que
Las temperaturas de la Tierra, primitivamente muy
expulsó al ALH 84001 fuera del planeta y, después
elevadas, bajaron hasta permitir la condensación
de vagar por el espacio exterior, llegó a la Tierra hace
del vapor de agua y la precipitación de intensas
unos 13000 años. El meteorito contiene el isótopo
lluvias. Oparin imaginó que la alta temperatura del
nitrógeno-15 en cantidades muy similares a las
planeta, los rayos solares ultravioleta y las intensas
halladas en la atmósfera de Marte y desconocidas
descargas eléctricas, podrían haber provocado
en otros lugares del sistema solar. (7)
reacciones químicas entre los elementos de la
Al estudiar su estructura se creó gran controversia atmósfera y en los incipientes océanos formándose
debido al descubrimiento de indicios que sugieren muchos tipos de moléculas, como ácidos orgánicos
la posible existencia de vida unicelular en el planeta e inorgánicos y aminoácidos, los que depositados
Marte. Con el uso de técnicas de M/E aparecieron sobre las rocas calientes se podrían combinar
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mediante enlaces peptídicos. Así surgirían un circuito cerrado y luego de 8 días, se obtuvo
moléculas mayores albuminoides y posteriormente un medio líquido rojizo conteniendo sustancias
las primeras proteínas. (3,4) orgánicas y aminoácidos unidos en coacervados.
Se había confirmado, por lo menos en su parte más
La persistencia de las lluvias durante millones de elemental, la hipótesis de Oparín.
años acabó llevando a la creación de los primeros
océanos de la Tierra. Y hacia ellos fueron arrastradas, Diversos experimentos han replicado en el laboratorio
con las lluvias, las proteínas y aminoácidos que las ideas de Oparín y Miller, habiéndose obtenido
permanecían sobre las rocas aún calientes. Durante moléculas orgánicas cada vez más complejas tales
un tiempo incalculable, las proteínas se acumularían como los aminoácidos adenina, citosina, timina,
en océanos primordiales de aguas templadas del guanina y uracilo, que como sabemos son las bases
planeta. Las moléculas se combinaban y se rompían constituyentes de los nucleótidos cuyos polímeros
para recombinarse nuevamente en una nueva forman los ácidos nucleídos.
disposición evolutiva. De esa manera, las proteínas
se multiplicaban cuantitativa y cualitativamente. Así, todo hace presumir que en al caldo primordial
Disueltas en agua, las proteínas formaron coloides existían sistemas químicos que la mayoría de
y posteriormente coacervados. Un coacervado es científicos describirían como vivos antes de que
un agregado de moléculas mantenidas unidas por fueran empaquetados en células. La evidencia
fuerzas electrostáticas. Es posible que en esa época fósil de este estadio precelular pudiera no llegar
ya existieran proteínas complejas con capacidad a descubrirse nunca, puesto que su composición
catalizadora, como enzimas o fermentos, que facilitan química sería demasiado frágil para conservarse,
ciertas reacciones químicas, y ello aceleró el proceso pero se cree que durante un cierto periodo, la
de síntesis de nuevas sustancias. Cuando ya hubo Tierra primitiva estuvo poblada por moléculas vivas,
moléculas de nucleoproteínas, cuya actividad en la «genes desnudos primordiales» de ácidos nucleicos
manifestación de caracteres hereditarios es bastante capaces de auto- reproducirse. (8)
conocida, los coacervados pasaron a envolverlas.
El siguiente salto prodigioso sería el de proteger
Aparecían microscópicas gotas de coacervados
estos genes desnudos primordiales con una bicapa
envolviendo nucleoproteínas. En aquel momento
de fosfolípidos anfipáticos formando un esbozo de
faltaba sólo que las moléculas de proteínas y de
membrana celular y la adquisición de una maquinaria
lípidos se organizasen en la periferia de cada
metabólica simple que proporcionaría la energía
gotícula, formando una membrana lipoproteica.
suficiente para su replicación y reproducción.
Estaban formadas entonces las formas de vida más
rudimentarias, posiblemente precursoras de las En ese momento habría aparecido nuestro más
células, con capacidad de auto replicación, a partir de remoto antepasado viviente: La Primera Célula, que
las cuales podrían desarrollarse, en línea ordenada los biólogos han dado en llamar LUCA: El Último
los procesos biológicos. La competencia y la velocidad Ancestro Universal Común.
de crecimiento, sobre los que actuaría la selección
natural, determinaron las formas de organización que IV. LA VIDA PRIMITIVA:
son características de la vida actual. (3,6) LAS CÉLULAS PROCARIÓTICAS
En 1953 Stanley L. Miller y Harold Urey, idearon un ¿Qué características tuvo esta célula primordial?
experimento para contrastar la hipótesis de Oparin.
Diseñaron un aparato en el que simularon algunas Fue probablemente una célula procariota, con
condiciones de la atmósfera de la Tierra primitiva. (6) membrana celular y probablemente ribosomas,
pero carente de un núcleo u orgánulos como
El experimento que consistió en producir chispas mitocondrias o cloroplastos, utilizaba el ADN como
eléctricas en un medio que reproducía la primitiva código genético y el ARN para transferir información
atmosfera terrestre propuesta por Oparín. En y sintetizar proteínas. (3)
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Sus descendientes fueron bacterias heterótrofas, que Esta extraordinaria velocidad reproductiva unida a la
utilizaban como alimento elementos presentes en el sexualidad bacteriana, entendida como la capacidad
medio, incorporando así dióxido de carbono, agua, de los organismos de intercambiar genes, que no
nitrato y fosfato y construyendo con ellos las moléculas necesariamente va unida a la función de reproducción,
orgánicas y azúcares que las habrían de sustentar condicionó respuestas evolutivas espectaculares.
utilizando la glicólisis anaerobia, indispensable Las bacterias se reproducen por duplicación y
en un medio carente de oxígeno. A partir de este gemación, replicando su único filamento de DNA,
metabolismo primitivo, la vida habría de ensayar a destinando luego una copia exacta de su DNA a
lo largo de miles de millones de años imaginativas e cada una de las células resultantes. Estos procesos
innumerables modificaciones adaptativas, de eficacia podrían suponer una limitada capacidad de evolución
sorprendente para evitar no solo la extinción del ya que los descendientes son copias clonadas de la
fenómeno “vida” sino su extraordinaria evolución hacia progenitora. Apreciación errada ya que las bacterias
las formas metabólicas más complejas presentes tienen una reproducción asexuada pero una alta
en vertebrados y mamíferos, pero manteniendo el sexualidad no reproductiva. En efecto están dotadas
principio de economía (los mecanismos que habían de una extraordinaria capacidad para intercambiar
demostrado eficacia se mantenían como base para genes de manera horizontal de manera que pueden
desarrollar nuevas vías metabólicas exitosas que modelar así cambios evolutivos adaptativos en muy
se ensamblaban con las anteriores para adaptarse pocas unidades de tiempo sin esperar a reproducirse,
a contextos cambiantes y satisfacer las mayores y en el mundo arcaico esta cualidad fue decisiva
demandas). (8) para adaptarse rápidamente a las condiciones
extremas del ambiente como por ejemplo, cambios
Estos primeros habitantes empezaron a poblar en la temperatura, variable disposición de nutrientes
la tierra apenas mil millones de años después tales como glucosa, nitrógeno, hidrógeno u oxígeno,
de su formación como planeta relativamente radiación solar, etc. (3)
estable, durante el eón precámbrico arcaico. El
descubrimiento de fósiles bacterianos con una data El primer problema que tuvieron que enfrentar,
de hace 3600 millones de años nos lleva a una producto de su explosiva multiplicación, fue
conclusión sorprendente: la transición de materia la escasez de alimento, recordemos que eran
animada a bacteria tomó menos tiempo que la organismos heterótrofos, que utilizaban sustancias
transición de bacteria a organismos pluricelulares orgánicas ambientales para someterlas a glicólisis
de mayor complejidad. (3) anaerobia. Al empezar a escasear la glucosa
tuvieron que sufrir una evolución metabólica para
Las características extremamente cambiantes del sobrevivir a la hambruna, se volvieron autotróficos
entorno primitivo deben haber puesto a la reciente fotosintetizadores anaerobios, aprendiendo a
población bacteriana al borde de la extinción y utilizar la luz solar y el CO2 atmosférico para
probablemente ésta se habría consumado de no ser sintetizar glucosa a partir de SH2, liberando azufre
por la presencia del ADN bacteriano y su capacidad como producto final.
para autoreplicarse. Pero si la replicación del ADN
era necesaria para la continuidad de la vida, no El segundo gran reto que habrían de aprender
era suficiente para los procesos evolutivos. Por a superar fue el de la limitada disposición de
felicidad, estos habitantes microscópicos estaban hidrógeno. Las bacterias fotosintéticas autotróficas
dotados de propiedades singulares que no solo rojas y verdes, en su desesperada búsqueda de
aseguraron su supervivencia, sino su evolución. Las hidrógeno, descubrieron una fuente generosa de
bacterias rápidas se reproducen cada 20 minutos, ese elemento: el agua, pero su uso produjo un
produciendo 2144 descendientes cada dos días. residuo altamente tóxico para la mayor parte de la
Este número es mayor que el número de personas biomasa de ese entonces: el oxígeno. (8)
que han vivido desde el origen del ser humano. (3,8)
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V. EL HOLOCAUSTO DEL OXÍGENO fabricar sustancias nutritivas como los azúcares.
En una innovación evolutiva crucial para el futuro
Fue una crisis de contaminación a escala mundial de la vida, estos alquimistas azules, utilizando la luz
que ocurrió hasta hace 2000 millones de años, como fuente de energía, extrajeron hidrógeno de
cuando apenas había oxígeno en la atmósfera una de las fuentes más ricas del planeta: el agua.
terrestre, lo que condicionaba una biósfera que no Este simple cambio metabólico en organismos
requería este gas y era totalmente diferente a la tan diminutos tuvo extraordinarias consecuencias
actual, como pudiera serlo la biósfera de otro planeta. para el futuro de la historia de toda la vida en la
Nuestro valioso oxígeno era, en ese entonces un gas Tierra. Este nuevo sistema, no solo generaba
venenoso vertido en la atmósfera. (3) más ATP, sino que podía acceder al agua, una
La incesante demanda de hidrógeno marcó el inicio fuente de hidrógeno casi inagotable. Las primeras
de la crisis. El hidrógeno, gas muy ligero fugaba hacia cianobacterias que lo adoptaron, consiguieron
el espacio, donde reaccionaba con otros elementos éxitos espectaculares colonizando cualquier rincón
haciéndolo menos disponible. Incluso el sulfuro disponible que asegurara la disponibilidad de luz
de hidrógeno que era expulsado por los volcanes solar, dióxido de carbono y agua, diseminándose
en erupción se había hecho insuficiente para las por toda la superficie de la Tierra.
extensas comunidades de bacterias fotosintéticas Si sus antepasados habían absorbido sulfuro de
que al final del Arquense dominaban suelos y mares. hidrógeno liberando azufre, ellas absorbían agua y
Pero la tierra aún disponía gran cantidad de liberaban oxígeno gaseoso. (8)
una abundante fuente de hidrógeno aún no Durante decenas de miles de años la mayoría
aprovechada: el agua. Hasta entonces, los fuertes de especies microbianas anaerobias fueron
enlaces entre los átomos de hidrógeno y oxígeno exterminadas. Para imaginar la magnitud del
de la molécula del agua (H2O), que eran mucho cambio atmosférico y ambiental, basta comparar
más fuertes que los que se encuentran en las otras la justificada preocupación de los ambientalistas
moléculas naturales (H2, SH2, CH2), habían sido contemporáneos por el aumento del dióxido de
imposibles de romper por las ingeniosas bacterias carbono ocasionado por la utilización a gran escala
ávidas de hidrógeno. Sin embargo, tiempo después, de los combustibles fósiles, incremento que oscila
un tipo de bacterias azules resolvieron para siempre entre 0.032 y 0.033 por ciento, lo que podría
la escasez de hidrógeno. Eran los antepasados de determinar un efecto invernadero con fusión de los
las modernas cianobacterias. (3,8) casquetes polares. En el mundo proterozoico con
Aquellos organismos ya eran fotosintéticos y ya tenían el drástico cambio de la composición atmosférica,
en su interior proteínas organizadas en cadenas la concentración del oxígeno, se incrementó de
de transporte de electrones. En algunas mutantes 0.0001% a un 21%. (3)
se duplicó el ADN que codificaba las proteínas El oxígeno es tóxico porque reacciona con la materia
transportadoras de electrones. Como ya estaban orgánica, atrapa electrones y produce los llamados
especializadas en captar la luz solar en su centro radicales libres, que son sustancias químicas
de reacción para generar ATP, el nuevo DNA llevó a muy reactivas y de vida corta capaces de destruir
la construcción de un segundo centro de reacciones los compuestos de carbono, hidrógeno, azufre y
fotosintéticas, pero con la capacidad novedosa de nitrógeno que construyen la base de la vida.
captar la luz de longitudes de onda mucho menores
(radiación ultravioleta), obteniendo así la mayor Muchos tipos de microorganismos fueron
energía necesaria y suficiente para descomponer la inmediatamente aniquilados. Las nuevas bacterias
molécula de agua en el hidrógeno y oxígeno que la resistentes generadoras de oxígeno se multiplicaron
constituían. El hidrógeno era atrapado rápidamente y reemplazaron rápidamente a las que eran sensibles
y añadido al dióxido de carbono atmosférico para al oxígeno en la superficie de la tierra. Pero el éxito
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metabólico de los nuevos habitantes de la tierra consenso alcanzado por la biota hace millones de
no solo consistió en la fotosíntesis oxigénica, sino años; a decir verdad, es un contrato que se sigue
que evolucionando aún más inventaron un sistema respetando en la actualidad. Si la concentración
metabólico que requería de oxígeno para funcionar de oxígeno hubiese superado ese valor en algún
productivamente, la misma sustancia que había momento, el registro fósil revelaría, sin duda, la
sido, hasta hace poco, un veneno mortal. evidencia de una conflagración a escala planetaria.
El nivel actual de oxígeno en nuestra atmósfera,
La respiración aeróbica, que utiliza oxígeno, es una alto pero no en exceso, da la impresión de una
eficiente e ingeniosa manera de canalizar y explotar sabia decisión orientada a mantener el equilibrio
provechosamente la reactividad de dicho elemento. entre peligro y oportunidad, entre riesgo y beneficio.
Es esencialmente una combustión controlada que Incluso las selvas tropicales húmedas y las praderas
rompe moléculas orgánicas y produce dióxido de son extremadamente inflamables cuando los niveles
carbono, agua y por añadidura, una gran cantidad de agua son bajos. Si el porcentaje de oxígeno
de energía. Mientras que la fermentación anaerobia fuese solo un poco más alto, los mismos seres
produce normalmente dos moléculas de ATP a vivos arderían de manera espontánea. Si el oxígeno
partir de cada molécula de azúcar fragmentada, bajara en su concentración, una buena proporción
la respiración de la misma molécula de azúcar al de organismos aeróbicos empezaría a asfixiarse.
utilizar oxígeno puede producir hasta treinta y seis La biosfera ha mantenido este justo medio durante
ATPs. El microcosmos forzado hasta un punto de cientos de millones de años. La estabilización y
intenso estrés global hizo algo más que adaptarse; posterior modulación de las cantidades de oxígeno
originó, por evolución, un generador energético de en la atmosfera fue un acontecimiento tan bien
altísima producción accionado por oxigeno, el mismo recibido como terrible fue el holocausto. Al crecer,
que cambio para siempre la vida y el escenario en experimentar mutaciones e intercambiar genes,
que ésta se desarrolla en la Tierra. producir oxígeno unas bacterias y consumirlo otras,
mantuvieron el equilibrio de ese elemento en todo
Las cianobacterias consiguieron llevar a cabo los dos
el planeta. En cuanto las cantidades de oxígeno
procesos encadenados: la fotosíntesis, que genera
atmosférico empezaron a ser significativas, comenzó
oxigeno, y la respiración, que lo consume. Habían
a formarse una capa protectora de ozono, que tuvo
encontrado su lugar en el Sol. Tan solo con unas pocas
su origen en la estratosfera, flotando por encima del
sales, siempre presentes en las aguas naturales,
resto del aire. Aquella capa de moléculas de tres
dióxido de carbono atmosférico y la luz solar podían
átomos de oxigeno puso el punto final a la síntesis
producir todo lo que necesitaban: ácidos nucleícos,
abiótica de compuestos orgánicos al detener el
proteínas, vitaminas y la maquinaria para fabricar
paso a los rayos ultravioleta de alta energía. (8)
estos productos. Si se considerase la capacidad de
biosíntesis como una medida de la evolución, los La producción de nutrientes y oxigeno a partir de
humanos nos encontraríamos muy por detrás de las la luz iban a convertir a los microorganismos en
cianobacterias. Nuestras complicadas necesidades la base de un ciclo de alimentación global que
nutritivas nos hacen totalmente dependientes de alcanza hasta nuestra especie en la actualidad; los
las plantas y bacterias para la obtención de todas animales no habrían podido nunca evolucionar sin
aquellas substancias que no podemos fabricar los nutrientes producidos por fotosíntesis y sin el
nosotros mismos. Somos, en el sentido más estricto, oxigeno del aire. (3,8)
parásitos del microcosmos. (3)
A juzgar por la perspectiva que nos dan los logros
VI. LA NUEVA ATMÓSFERA conseguidos a escala planetaria por los primitivos
La estabilización del oxígeno atmosférico a una seres vivos, no es sorprendente que el desarrollo de
concentración de aproximadamente un 21 por este repertorio bioquímico de la vida necesitase más
ciento parece ser resultado de un silencioso de dos mil millones de años. La etapa microbiana
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duró casi el doble que el resto de la evolución hasta Las nuevas células nucleadas, que no eran
la actualidad. simplemente bacterias más avanzadas, eran
mayores y más complejas. Presentaban canales
Preparó el terreno para la evolución respectiva de
tortuosos de membranas internas, incluyendo la
hongos, animales y vegetales, grupos que surgieron
que envolvía el núcleo. En su citoplasma flotaban
en una sucesión relativamente rápida. Los primeros
orgánulos empaquetados que utilizaban oxígeno y
eones de la vida definieron el contorno de la vida
eran capaces de reproducirse. Las primeras células
moderna. La era de las bacterias transformó la
nuevas aparecen en el registro fósil como los
Tierra. A diferencia de los vecinos planetas Marte
primeros acritarcos de hace 1600 millones de anos.
y Venus, cuyas atmósferas, una vez establecidas,
se convirtieron en mezclas químicas estables e El DNA de los cromosomas en los eucariontes se
inhóspitas, la Tierra proseguía su actividad, libre halla íntimamente empaquetado con proteínas,
ya del azar y del tiempo, quedó atrapada en los normalmente en una proporción de un 40 por ciento
procesos de la vida, creativos y autopoyéticos. (3) de DNA y un 60 por ciento de proteína. Además
de toda esta proteína, las células con núcleo
VII. SIGUE LA EVOLUCIÓN:
tienen hasta 1000 veces más DNA que las células
LAS NUEVAS CÉLULAS EUCARIOTAS
bacterianas. La función de tan enormes cantidades
Con la invención de la respiración aeróbica, basada de DNA es una de las mayores incógnitas de la
en la utilización del oxígeno, los procariontes dieron biología molecular. Mientras una parte del DNA
con una fuente de energía que sobrepasaba su es, naturalmente útil, otra gran parte es lo que se
máxima capacidad de utilización. Las bacterias llama “DNA redundante”, es decir, copias de genes
aérobicas prosperaron en sus nichos locales repetidas en cualquier parte de los cromosomas.
esparcidos por todo el globo durante centenares de
millones de años. Pero cuando el nivel del oxígeno Se cree que el DNA repetitivo proviene originalmente
atmosférico iba creciendo para llegar a alcanzar el de distintas bacterias (anaeróbicas, utilizadoras de
2l por ciento, hace unos 2200 millones de años, oxígeno y otras) que se unieron en la comunidad que
se formó un nuevo tipo de célula. Era la célula luego se convirtió en la célula eucariótica. Después
eucariota, con una estructura clave, el núcleo, y de todo, el DNA del núcleo de todas las células de
una importante característica secundaria, las partes nuestro cuerpo, si se dispusiera alineado en vez
de la célula conocidas como mitocondrias. Cuando de envuelto y empaquetado de manera apretada
los eucariontes viven como células individuales se en los cromosomas, se extendería de la Tierra a la
llaman protistas. Sus fósiles son conocidos con el Luna, ida y vuelta, no una sola vez, sino... ¡más de
nombre de acritarcos. un millón de veces! (3)
La transición biológica entre bacterias y células con La súbita y generalizada aparición de acritarcos en
núcleo, es decir, entre procariontes y eucariontes, el registro fósil da fe del gran éxito de las nuevas
es tan repentina que no puede ser explicada en células, que eran probablemente comunidades
modo alguno por cambios graduales en el tiempo. entrelazadas de células dentro de otras células,
La división entre bacterias y aquellas células surgidas hace unos 1600 millones de años.
nuevas es realmente la más espectacular que se Adoptando la forma del primer plancton marino de
da en toda la biología. Vegetales, animales, hongos este mundo.
y protistas están basados en el diseño nuclear de
Cualquier tipo de célula o tiene núcleo o carece
la célula, distinción que refleja la herencia común
de él; no se da un término medio. La brusquedad
de estos organismos. Juntos, estos grupos forman
de su aparición en el registro fósil, la total
el super reino de los eucariontes, que difiere
discontinuidad entre formas vivas sin núcleo y
radicalmente del mundo bacteriano o súper reino de
con él, la enigmática complejidad de los orgánulos
los procariontes. (9)
internos capaces de auto reproducirse hace pensar
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que las nuevas células se formaron por un proceso Nuestras propias células, necesitan actualmente
fundamentalmente distinto de la mutación simple o de las antiguas bacterias intrusas para vivir y
de la transferencia genética bacteriana. El trabajo respirar. Nuestros antepasados dejaron sus huellas
científico de las pasadas décadas ha demostrado genéticas en las células que forman nuestro
que este proceso fue “la simbiosis”. Procariontes cuerpo. La historia de la primitiva fase puramente
independientes penetraron en el interior de otros para procariótica, se conserva de manera especial en
digerir los desechos de la célula que los albergaba; tres tipos de estructuras intracelulares eucarióticas:
sus productos de desecho eran utilizados, a su las mitocondrias, los plástidos (cloroplastos) y los
vez, como alimento por la célula huésped. Como undulipodios. (10,12)
resultado de esta íntima participación conjunta se
VIII. LYNN MARGULIS Y LA TEORÍA
establecieron relaciones permanentes: las células
DE LA SIMBIOGÉNESIS SERIADA
de las siguientes generaciones eran células
adaptadas a la vida en el interior de otras células. “La mayoría de la novedad biológica evolutiva
Con el tiempo, estas poblaciones de bacterias que proviene de los procesos simbiogenéticos” (9)
habían evolucionado conjuntamente se convirtieron
en comunidades de microorganismos con una Definición de simbiosis: El botánico alemán Anton
interdependencia tan arraigada que llegaron a ser, a de Bary acuñó el término, explicando que era la
efectos prácticos, organismos individuales estables vida en conjunción de dos organismos disimilares,
(protistas). La vida había dado otro paso más normalmente en íntima asociación, y por lo general
hacia adelante, hacia el sinergismo de la simbiosis, con efectos benéficos para al menos uno de ellos.
dejando atrás el entramado de la libre transferencia
genética. Se mezclaron organismos separados, La simbiosis suele identificarse con las relaciones
creando nuevas unidades que eran superiores a la simbióticas mutualistas, que son aquellas en las
suma de sus componentes. (10) que todos los simbiontes salen beneficiados.
Por analogía, en sociología, puede referirse a
Para explicar la evolución, Darwin nos habla de un sociedades y colectivos basados en la colectividad
proceso de “selección natural”. Este proceso ha y la solidaridad.
sido ligado en demasía a la supervivencia del más
fuerte, desechando la otra cara de la moneda que Simbiogénesis, hace referencia al máximo grado
nos habla de la supervivencia del más reproductivo de integración que sería aquel en el que las
y más socialmente cooperante. (11) asociaciones desembocan en la transferencia
de material genético y consecuente fusión de los
Se ha hablado mucho más de la competencia (en simbiontes en un nuevo individuo. Material genético
la que el más fuerte es el que vence), que de la de uno de los simbiontes pasa a integrarse en el
cooperación; pero determinados organismos genoma del otro, surgiendo un individuo nuevo que
aparentemente débiles a la larga han sobrevivido integra a sus simbiontes.
al formar parte de colectivos, mientras que los
llamados fuertes, que no han aprendido nunca el Lynn Margulis, es una destacada bióloga
truco de la cooperación, han ido a parar al montón estadounidense, considerada una de las principales
de desechos de la extinción evolutiva. figuras del evolucionismo. Es autora y defensora
de la “Teoría de la Endosimbiosis Seriada (SET)
Si la simbiosis es tan frecuente e importante en que describe el origen de las células eucariotas
la historia de la vida como parece, habrá que como resultado de sucesivas incorporaciones
reconsiderar la biología desde el principio. La vida simbiogenéticas de diferentes células procariotas.
en la Tierra no es de ninguna manera un juego en
el cual algunos organismos ganan y otros pierden.
Academia Nacional de Medicina - Anales 2011 75AN Dr. Carlos Bernedo Gutiérrez
Desde un principio, Margulis se sintió atraída por el en las células eucariotas de los pluricelulares,
mundo de las bacterias, que en aquel entonces eran posibilitando su éxito en un medio rico en oxígeno
consideradas solo en su dimensión de gérmenes como ha llegado a convertirse el planeta Tierra.
de carácter dañino y patógeno, sin interés en la Los animales y hongos somos el resultado de esta
esfera del evolucionismo. Para ella el microcosmos segunda incorporación.
bacteriano es el motor de la evolución. Margulis
investigó en trabajos ignorados y olvidados para Tercera incorporación simbiogenética:
apoyar su primera intuición sobre la importancia del En la adquisición final de la serie generadora de
mundo microbiano en la evolución de la vida. células complejas, los respiradores de oxígeno
engulleron, ingirieron, pero no pudieron digerir
Esta teoría describe la endosimbiosis seriada en bacterias fotosintéticas de color verde brillante.
tres pasos: La «incorporación» literal tuvo lugar tras una gran
Primera incorporación simbiogenética: lucha en la que las bacterias verdes no digeridas
sobrevivieron y la fusión completa prevaleció. Con
Una bacteria consumidora de azufre, que utilizaba el tiempo las bacterias verdes se convirtieron en
el azufre y el calor como fuente de energía (arquea cloroplastos. Estos productivos amantes del sol
fermentadora o termoacidófila), se habría fusionado se integraron con los demás socios anteriormente
con una bacteria nadadora (espiroqueta) habiendo independientes. Esta fusión final dio lugar a las
pasado a formar un nuevo organismo y sumaría algas verdes nadadoras. Estas antiguas algas
sus características iniciales de forma sinérgica (en verdes nadadoras son los ancestros de las células
la que el resultado de la incorporación de dos o vegetales actuales; todos sus componentes
más unidades adquiere mayor valor que la suma individuales todavía están vivos y en buena forma,
de sus componentes). El resultado sería el primer nadando, fermentando y respirando oxígeno. (9)
eucarionte (unicelular eucariota) y ancestro único
de todos los pluricelulares. El nucleoplasma de Desde su publicación, la teoría de la simbiogénesis
las células de animales, plantas y hongos sería el seriada ha sido ampliamente debatida,
resultado de la unión de estas dos bacterias. fundamentalmente por sus novedosos conceptos
sobre la naturaleza de los cambios evolutivos, que
A las características iniciales de ambas células se no se circunscriben a las mutaciones genómicas
le sumaría una nueva morfología más compleja, defendidas por los neo darwinistas, sino que con
con una nueva y llamativa resistencia al intercambio una visión global históricamente construida, se basa
genético horizontal. El ADN quedaría confinado en en el mundo evolutivo del microcosmos habitado por
un núcleo interno separado del resto de la célula por las bacterias y que han reinado en nuestro planeta
una membrana. Habría nacido así la primera célula durante un tiempo que es seis veces mayor al
eucarionte. transcurrido desde la aparición de los multicelulares
y 1400 veces mayor al de la permanencia del
Segunda incorporación simbiogenética: hombre sobre la Tierra, y cuyos cambios evolutivos,
Este nuevo organismo todavía anaeróbico, era explicados por esta teoría no solo prepararon el
incapaz de metabolizar el oxígeno, ya que este terreno para la explosión cámbrica que dio lugar
gas suponía un veneno para él, por lo que viviría a la enorme diversificación de la vida, sino que
en medios donde este oxígeno, cada vez más hizo posible que el planeta entero, se transformara
presente, fuese escaso. En este punto, una nueva adoptando el modelo más viable para la posterior
incorporación dotaría a este primigenio eucarionte colonización por peces, reptiles, aves y mamíferos.
de la capacidad para metabolizar oxígeno. Este Es decir que sin su extensa y admirable evolución,
nuevo endosombionte, originariamente bacteria nosotros no existiríamos. (11)
respiradora de oxígeno de vida libre, se convertiría en “La endosimbiosis seriada”, opone el concepto de
las actuales mitocondrias y peroxisomas presentes que la selección natural darwiniana no tuvo que
76 Academia Nacional de Medicina - Anales 2011La Evolución Celular y sus Repercusiones en la Medicina Contemporánea I
apoyarse necesariamente en la sobrevivencia del se logra a través de “Etiquetas” de identificación
más fuerte, sino que introduce un nuevo concepto molecular, referidas a patrones moleculares
de la cooperación, de una simbiosis mutualista en asociados a los patógenos modelos, que “marcan”
que la agresión entre los eucariontes, se transforma a los microbios y no a las células del huésped. Estos
en una tolerancia y luego en una integración tan patrones parecen ser críticos en la capacidad del
fuerte que a lo largo del tiempo termina en una microbio para infectar o sobrevivir. (14)
fusión permanente que reunifica su genética para
constituir un organismo nuevo que no es la suma de Las pruebas en muestras de plasma de los pacientes
los antiguos componentes sino la versión potenciada que han sufrido graves traumas muestran que
de sus mejores características consiguiendo así un DAMPS mitocondriales (o patrones moleculares
definitivo salto evolutivo. (9) asociados a los daños), se liberan a la circulación
como resultado del daño tisular, donde activan
IX. REPERCUSIONES EN LA los neutrófilos a través de receptores específicos
MEDICINA CONTEMPORÁNEA para péptidos formilados. Esto desencadena la
inflamación sistémica, daño tisular y sepsis aparente.
Si todas nuestras células eucarióticas tienen
Estos DAMPS mitocondriales interactúan con los
el sello atávico de esta endosimbiosis, ¿qué
receptores que forman parte de la respuesta inmune
manifestaciones podríamos esperar, miles de
innata de moléculas conocidas como PAMPS
millones de años después, que la medicina pueda
(patrones moleculares asociados a patógenos),
identificar como derivada de nuestra “composición
que se expresan en los microorganismos invasores,
bacteriana”?
causando sepsis bacteriana. Este hallazgo parece
Recientemente revistas de indudable prestigio explicar la aparente sepsis que a veces se asocia con
científico como Nature y The New England Journal trauma grave, incluso cuando no hay infección. (13)
of Medicine, han publicado importantes artículos
El trauma es la principal causa de muerte
que ponen en evidencia el origen bacteriano
prematura. La injuria provoca la activación de
de nuestras mitocondrias y el novedoso rol que
los polimorfonucleares, falla de órganos, la
podrían jugar en la patogenia de la inflamación, a
susceptibilidad a la infección y SIRS (Síndrome
través de notables experimentos realizados por
de Respuesta Inflamatoria Sistémica). Durante
Qin Zhang, quien es investigador de la Escuela de
mucho tiempo se pensó que la causa del SIRS era
Medicina de Universidad de Harvard, en Boston y
la translocación bacteriana del intestino isquémico,
sus colaboradores que titulan “Las Mitocondrias ¿el
por el shock, a la circulación. Aplastamiento y
Caballo de Troya de la Inflamación?”, que desde
quemaduras, sin embargo, causan SIRS sin shock.
el punto de vista médico no harían sino confirmar
Así, las señales moleculares que unen la injuria a la
la validez de las teorías de Lynn Marculis y darles
inflamación permanecían no aclaradas. (13)
aplicación en la comprensión de importantes
fenómenos patológicos. (13,14) Durante la infección, la inmunidad innata se activa
por PMAPS expresados en los microorganismos
Estas publicaciones se resumen en lo siguiente:
invasores. Receptores de reconocimiento de
Las mitocondrias, de acuerdo con lo postulado por patrones reconocen PAMPS. Las proteínas
Margulis, son descendientes endosimbióticas de las bacterianas están característicamente N-formiladas,
bacterias, bien toleradas por las células eucariotas así los péptidos formilados activan los receptores
en las que ahora sirven como usinas energéticas, quimioatractentes para péptidos formilados.
después de millones de años de coevolución. Pero Receptores tipo Toll responden a muchos PAMPS
en casos de urgencia parece que pueden surgir como por ejemplo el ADN bacteriano. Debido a que
tensiones en esta relación. las mitocondrias evolucionaron a partir de bacterias
saprofitas a endosimbiontes y a orgánulos; el
El sistema inmune innato es muy eficaz en el
genoma mitocondrial (ADNmt) contiene citosina–
reconocimiento de patógenos. Este reconocimiento
guanina-fosfato DNA repetidos con códigos para
Academia Nacional de Medicina - Anales 2011 77AN Dr. Carlos Bernedo Gutiérrez
sintetizar péptidos formilados. Como el traumatismo millones de años ha evolucionado por selección
mecánico rompe las células, los autores proponen natural pero también por solidaridad y cooperación
la hipótesis de que la injuria podría liberar DAMPS simbiótica, para contribuir a lo que somos: seres
mitocondriales en la circulación, activando la vivientes conscientes, minúsculos integrantes
inmunidad e iniciando el SIRS. (13) de un planeta y un universo que parece haber
evolucionado con una programación inteligente
Para probar que el trauma libera moléculas a través de leyes físicas y biológicas, que recién
mitocondriales en la circulación, se midió el ADN estamos empezando a conocer y comprender, para
mitocondrial en el plasma de 15 pacientes con conseguir el frágil mundo que permitió y sostiene la
traumatismos graves (Score de Injuria Severa vida en todas sus formas, y por supuesto nuestra
12>25). El muestreo se hizo antes de la reanimación. existencia y nuestro futuro, mundo que estamos
Los pacientes no tenían heridas abiertas o lesiones obligados a respetar cuidar y preservar.
gastrointestinales. El ADN mitocondrial de los
pacientes de trauma estuvo notablemente elevado
en comparación con los voluntarios. EL TIEMPO DE NUESTRO MUNDO
Se realizaron también ingeniosos experimentos
en ratones que al inyectarles DMAPS (Patrones
moleculares asociados a daño mitocondrial)
ocasionaron cambios sistémicos compatibles con
los observados en el Síndrome de Respuesta
Inflamatoria Sistémica. (13)
METEORITO MARCIANO ALLEN HILLS 84001
Esta observación sugiere una posible relación
con otras condiciones inflamatorias estériles,
tales como las enfermedades auto inmunes. Por
otra parte, otras condiciones provistas por células
moribundas tienen también potencial inflamatorio.
Las estructuras liberadas por las células lesionadas,
posiblemente promuevan inflamación durante
la injuria de isquemia-reperfusión de corazón,
riñón, o cerebral, en la que la activación local de
neutrófilos y nuevo daño tisular se produce cuando
el flujo sanguíneo se restablece. Por último, las El ALH 84001 (Allan Hills 84001) es un meteorito de origen marciano
mitocondrias son probablemente liberadas en que creó gran controversia debido al descubrimiento de indicios que
pacientes con enfermedades realmente infecciosas sugieren la posible existencia de vida unicelular en el planeta Marte.
- en las que se produce sustancial muerte celular– y
posiblemente contribuyen a la patología molecular
de la sepsis. En suma, la identificación de las
mitocondrias como instigadores de la inflamación
puede dar lugar a un nuevo e inesperado candidato
para el descubrimiento de fármacos. (14)
Estas comunicaciones son muy sugestivas e
importantes que no harían otra cosa que probar,
ahora con una utilidad médica de potencial
insospechado, la indudable ligazón que nos integra Con el uso de técnicas de M/E aparecieron estructuras que
a toda la biota terrenal, que a través de miles de aparentan ser microfósiles calcificados de bacterias y otras pequeñas
estructuras biológicas..
78 Academia Nacional de Medicina - Anales 2011La Evolución Celular y sus Repercusiones en la Medicina Contemporánea I
Alexander Oparin (Rusia 1894-1980) Las Etapas Primigenias de la Vida
En 1938, teorizó que la atmósfera LUCA
primitiva estuvo formada por:
Vapor de agua (H2O), Dióxido
de carbono (CO2), Monóxido de
carbono (CO), Nitrógeno (N2),
Metano (CH4), y Amonio (NH3). Durante un cierto periodo la Tierra primitiva estuvo
poblada por moléculas vivas, «genes desnudos
Al enfriamiento de la superficie de la tierra sucedieron
primordiales» de ácidos nucleicos capaces de
torrenciales lluvias que formaron, junto con estos
autorreproducirse.
gases, los primeros mares: la “sopa primordial”, a
la que se vertía el magma de una intensa actividad Un mundo precelular en el cual genes desnudos
volcánica. Sobre esta mixtura actuaba una primordiales de ARN se reprodujeran a si mismos
superexposición la radiación ultravioleta (UV) que sin la ayuda de proteínas enzimáticas.
no era detenida por el ozono, entonces ausente.
Al recubrirse de una burbuja y luego de una
membrana bifásica se daría el gran salto hacia el
Último Ancestro Universal Común (LUCA).
Características de LUCA
Stanley Miller (USA 1930-2007)
En 1953, S. Miller y H. Urey,
pusieron a prueba la teoría
de A. Oparín: un experimento
que consistió en producir
• Procariota • Membrana celular
chispas eléctricas en un
medio que reproducía la • Sí ADN y ARN • Sí Ribosomas
primitiva atmósfera terrestre en un circuito cerrado • No mitocondrias • No cloroplastos
y luego de 8 días, se obtuvo un medio líquido rojizo • Heterótrofo • Fermentador
conteniendo sustancias orgánicas y aminoácidos • Utilizador de CO2H2O, N, P
unidos en coacervados.
Evolución Metabólica de las Bacterias:
Holocausto del Oxígeno
Heterotrofas, fermentaforas, anaerobias
• Autotrofas, fotosintéticas, anoxigénicas
• Autotrofas, fotosintéticas, oxigénicas Holocausto del O 2
• Autotrofas, fotosintéticas, respiradoras aeróbicas
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