Las relaciones endosimbióticas son increíblemente diversas y complejas
La endosimbiosis, la relación íntima y duradera en la que un organismo vive dentro de otro, es una piedra angular de la vida tal como la conocemos y una clave para el surgimiento de vida compleja en la Tierra. Muchos de los misterios que rodean la endosimbiosis son difíciles de abordar utilizando únicamente enfoques empíricos.
En un reciente ensayo, un equipo de investigadores de la Universidad de Umeå describe cómo los modelos matemáticos pueden hacer avanzar la investigación de la endosimbiosis.
Los endosimbiontes están en todas partes: dentro de nuestras células, las mitocondrias generan la mayor parte de nuestra energía, las plantas dependen de los cloroplastos para la fotosíntesis y muchos insectos no pueden reproducirse sin sus endosimbiontes. Sin embargo, esto es sólo la punta del iceberg en lo que respecta a las endosimbiosis.
"Las relaciones endosimbióticas son increíblemente diversas y complejas. Por ejemplo, una nueva investigación ha revelado que los endosimbiontes pueden determinar si los embriones pueden formarse exitosamente e incluso guiar el desarrollo embrionario", dice Lucas Santana Souza, becario postdoctoral en la Universidad de Umeå y coautor del artículo.
A pesar de su ubicuidad, las endosimbiosis pueden resultar difíciles de estudiar.
"Consideremos el origen de las mitocondrias en nuestras células. Solía ser un organismo separado, pero a través de una endosimbiosis que ocurrió hace cientos de millones de años se convirtió en una parte crucial de toda vida compleja. Sin embargo, no podemos estudiar este antiguo y raro evento reproduciéndolo en el laboratorio o retrocediendo en el tiempo; necesitamos otras formas y los modelos matemáticos son una gran herramienta", dice Eric Libby, profesor asociado del Departamento de Matemáticas y Estadísticas.
Imagen: (A) Bosquejo que ilustra cómo cambia la aptitud de un anfitrión con o sin endosimbiontes en diferentes contextos. (B) Esquema que muestra cómo se pueden observar dos comportamientos contrastantes en diferentes contextos. (C) Un ejemplo de hipótesis generada para una endosimbiosis que parece exhibir dos comportamientos contrastantes (explotación y mutualismo) en diferentes contextos. Crédito: PLOS Biología (2024). DOI: 10.1371/journal.pbio.3002583
Los modelos matemáticos pueden ayudarnos a comprender cómo los diferentes factores afectan las interacciones entre los endosimbiontes y sus anfitriones. En el ensayo, los autores muestran cómo estos modelos pueden generar ideas y complementar la investigación del mundo real. También señalan cuestiones importantes para una mayor investigación.
Un ejemplo de ello está relacionado con los corales y sus endosimbiontes, de particular relevancia en la actualidad a medida que aumentan los eventos de blanqueamiento de corales en todo el mundo debido al aumento de las olas de calor marinas. En el blanqueamiento de los corales, el coral expulsa a sus endosimbiontes y pierde su capacidad de generar alimento, lo que puede provocar su muerte.
Curiosamente, los corales pueden cambiar sus endosimbiontes por otros que mejoren su capacidad para resistir las olas de calor. Esta es una de las áreas de investigación en las que más está interesado el coautor del estudio Adriano Bonforti, becario postdoctoral de la Universidad de Umeå.
"El enigma es comprender cuándo los corales deberían modificar su comunidad endosimbiótica para que un tipo de endosimbionte se vuelva dominante sobre los demás, cambiando así la respuesta del coral a los efectores del estrés. Los modelos matemáticos pueden sugerir posibles razones de cuándo y cómo deberían cambiar los corales. Los resultados de estos enfoques teóricos pueden ayudar a guiar futuras investigaciones experimentales", afirma.
Los autores también defienden una mayor colaboración entre los investigadores de la endosimbiosis. Establecen paralelismos entre las relaciones endosimbióticas y la interacción entre modeladores matemáticos y experimentalistas. Ambos tienen enfoques y antecedentes diferentes, pero el resultado de su colaboración puede ser enormemente fructífero, según ellos.
"Piense en los modeladores como socios beneficiosos, que se inspiran y plantean intrigantes preguntas a partir de los ricos descubrimientos empíricos. En este contexto, los modeladores contribuyen simplificando conceptos complejos, descubriendo procesos fundamentales y abriendo nuevas vías de exploración. Con este ensayo, esperamos construir un puente más fuerte entre ambos campos e indicar direcciones fructíferas para la investigación endosimbiótica", dice Lucas Santana Souza.
El trabajo se ha publicado en PLOS Biology: Modeling endosymbioses: Insights and hypotheses from theoretical approaches
