Ver: Los recientes descubrimientos microbiológicos están cambiando nuestra visión de la vida en la Tierra.

Gumdrop con un pendiente.

Eso es lo que me viene a la mente cuando veo las fotos de Sebastian Hess de una criatura de una sola célula, gruesa y violenta, que recolectó de un estanque rico en musgo sphagnum en el sur de Alemania. La célula amebozoa, que cambia de forma, acecha a las células de algas para atacarlas, enrolla su largo flagelo en un bucle similar a un pendiente. Sosteniendo el bucle firme, la célula se desliza de alguna manera. Sin embargo, el bucle no se mueve, ni se agita ni ondea. "Básicamente se ven como pequeños platillos voladores", dice Hess.

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

Este gran y variado grupo de células individuales son los parientes microbianos más cercanos a la vida pluricelular, y envuelven su material genético dentro de un núcleo celular al igual que los animales, las plantas y los hongos. Los árboles de la vida en las aulas durante gran parte del siglo XX y a veces después solían relegar el reino de los protistas a una rama inferior debajo de la gloriosa corona de reinos principalmente pluricelulares. Los biólogos ahora piensan un poco diferente y más grande que meros reinos.

Los esquemas más modernos de hoy en día presentan al menos dos grandes conjuntos de criaturas microbianas, llamados los dominios de Bacterias y Archaea. Un tercer conjunto, los Eukaryota, agrupa a los protistas y a los reinos de la cima del árbol que antes eran orgullosos: los animales, las plantas y los hongos. Otro cambio puede estar próximo, ya que todo el dominio de los eucariotas, que incluye a los protistas y a las personas que los clasifican, parece ser una rama de Archaea.

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

Más adelante se explicará cómo nadar como una rosquilla, pero la especie Idionectes vortex es un excelente ejemplo de cómo la biología de alta tecnología y la exploración tradicional a pie de terreno están creando un torrente de descubrimientos para un carismático grupo de vidas diminutas en la Tierra. Estos organismos unicelulares están lejos de ser simples puntos aburridos. Además, añaden algunas ramas y ramitas inesperadas al árbol evolutivo de la vida.

Para mencionar solo algunos ejemplos de los nuevos protistas de 2023, una especie nombrada en junio tiene el equivalente de una cabeza rotatoria en una sola célula. En esta célula de forma aproximadamente esférica descubierta en el intestino de una termita sudamericana, la parte superior gira constantemente sin desgarrarse ni estrangularse a sí misma. Los descubridores le pusieron un nombre relacionado con demonios, Daimonympha friedkini, inspirado en la cabeza giratoria del niño poseído demoníacamente en la película de 1973 El Exorcista, dirigida por William Friedkin.

Otras nuevas especies pertenecen a los extraños pero importantes desde el punto de vista ecológico coccolitofóridos. En conjunto, esta rama puede realizar hasta un 10 por ciento de la fotosíntesis de los océanos, convirtiendo la luz solar en alimento para otros organismos. Cada célula de coccolitofórido se cubre a sí misma con lo que parecen pequeñas tapas de rueda. Entre las características distintivas de la recién nombrada Calciopappus curvus se encuentran un par de protuberancias similares a pulgares en algunas de esas tapas.

Investigadores en China nombraron una especie notablemente pequeña en el género Euplotes, E. mazeii. Las células de Euplotes crecen varios juegos de proyecciones delgadas llamadas cirros, que se asemejan a patas dibujadas con un palo. Incluso sin cerebro ni sistema nervioso, los diferentes tipos de Euplotes pueden mover sus patas con la suficiente coordinación para caminar sobre una superficie submarina. Los ingenieros que buscan inspiración para robots a microescala han estado analizando tales marchas.

Incluso los protistas conocidos desde hace mucho tiempo tienen un atractivo como forma de microrauna. Al igual que los grandes felinos y los osos polares, muchos de estos microfauna carismáticos merecen sus propios documentales de naturaleza. Hess ha ayudado a filmar a uno de sus protistas favoritos de toda la vida, una especie de Lacrymaria. Esta célula de forma suavemente hermosa persigue a su presa disparando un cuello de cisne extremadamente largo, que puede estirarse más de siete veces la longitud original del organismo. El cuello, con un bulto similar a una cabeza en el extremo, se mueve de un lado a otro con la flexibilidad de una serpiente, hasta que finalmente salta de repente y atrapa la cena.

"Impresionantes" es la palabra que usa Hess para describir a los protistas. "En realidad se comportan como organismos completos. Pero son solo células".

O consideremos las cinco nuevas especies de células diminutas y voraces apodadas nibblerids. En su forma hambrienta en forma de hoz, estas células protistas, de aproximadamente 3 micrómetros de diámetro, muerden (en cierto sentido) a sus víctimas, que normalmente son más grandes, cerrándose sobre ellas con una ranura especial en su cuerpo equipada con denticles, pequeñas estructuras parecidas a dientes endurecidos.

Los nibbleridos y sus parientes más cercanos conocidos como nebulidos, representan una línea tan distinta y antigua que merecen su propia rama importante en el árbol genealógico de los eucariotas, informó el biólogo evolutivo Patrick Keeling de la Universidad de Columbia Británica en Vancouver y sus colegas el año pasado. Keeling habla apasionadamente sobre la importancia de los depredadores como algo más que diversión para observar la naturaleza. "Si tomaras a todos los leones y guepardos y los mataras a todos," dice, "todo el ecosistema sería un desastre". Eso probablemente también sea el caso con los protistas. Los protistas de hoy se clasifican en supergrupos, que son ramas más grandes que los clásicos reinos de los eucariotas y ofrecen una visión amplia y profunda de la evolución. El supergrupo Amorphea, por ejemplo, abarca a todos los animales y hongos, además de algunos parientes de una sola célula, incluyendo muchas amebas. El nuevo supergrupo nombrado en honor a los nibbleridos y nebulidos, Provora, alude a los "protistas devoradores y voraces", escribió Keeling y sus colegas. Idionectes, a pesar de su tranquilo viaje similar a un OVNI, es un depredador feroz. Cuando encuentra algas para alimentarse, la nave espacial deslizante se convierte en una ameba de ataque. Disuelve un agujero a través de la pared celular de la alga, pero no se alimenta al estilo tigre, desgarrando la carne desde afuera de la presa. En cambio, Idionectes se desliza a través del agujero en la pared, vertiéndose en la célula presa condenada. Luego, este cazador devora a su presa desde adentro. Ver a los protistas podría ser aterrador si fueran más grandes. O si los humanos fueran más pequeños. "Pasamos tanto tiempo tratando de imaginar mundos alienígenas", dice Keeling. "Hay uno justo bajo nuestras narices, más extraño que cualquier cosa que podamos imaginar". No está siendo teatral. Considera la forma en que las partículas de los cuerpos de protistas experimentan el agua, por ejemplo. Es radicalmente diferente de la forma en que los gigantes humanos y otros nadadores macroscópicos lo hacen. 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 durante un tiempo hasta que te detienes, ¿verdad?" dice Keeling. Sin embargo, una sola célula es tan pequeña que incluso la viscosidad del agua hace que el diminuto nadador apenas se deslice en absoluto (SN: 6/19/09). Si deja de nadar, simplemente... se detiene. "Es más como si estuvieras en jarabe de maíz", dice Keeling. Además de ralentizar el movimiento a un avance lento, el Mundo del Jarabe ya no permite ciertos movimientos de natación. Una vieira normalmente se desplaza abriendo lentamente su concha y cerrándola rápidamente. Pero si se miniaturizara mágicamente, la vieira quedaría atrapada en su lugar, aleteando, según han predicho los físicos. Progresaría cerrando su concha, pero desharía ese progreso al abrirla nuevamente. Por otro lado, movimientos que son inútiles para personas de tamaño normal o vieiras podrían impulsar a un pequeño nadador. En 1952, el físico Geoffrey Ingram Taylor teorizó que un nadador microbiano con forma de rosquilla podría moverse con una especie de rotación hacia adentro. (La idea se le atribuye a una encantadora charla en 1976 por el laureado Nobel y físico estadounidense Edward Mills Purcell, pero Taylor llegó antes que Purcell). Esa rotación es básicamente cómo resultó nadar la célula en forma de bucle de Idionectes, anunciaron Hess y sus colegas casi 70 años después de la sugerencia de Taylor. El largo y delgado flagelo de la célula se enrolla en la cosa más flaca y delgada que se podría describir como una rosquilla. 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 una rosquilla se elevan a través del agujero, sobre el borde y se enrollan alrededor del otro lado para deslizarse nuevamente hacia el centro. Al principio, Hess pudo ver claramente que su célula en forma de caramelo giraba, pero al observar la forma de rosquilla escuálida del flagelo con microscopía normal, "no se puede ver ningún movimiento", dice. Pero cuando él y sus colegas crearon tormentas submarinas de micropartículas de látex en un fluido espeso (una técnica que les dio a los investigadores un avance ocho años después de sus esfuerzos), Hess vio movimientos característicos de partículas que mostraban que el flagelo estaba rotando. El vórtice protista Idionectes se descubrió en 2010, pero solo recientemente los científicos demostraron que se mueve a través de la natación toroidal. Su flagelo forma lazos como una rosquilla. El flagelo y la parte en forma de domo ambos giran (flechas púrpuras). Vittorio Boscaro, en el laboratorio de Keeling en la Universidad de Columbia Británica, tiene otro misterio de rotación. "No tenemos idea de por qué hacen esto", dice. Estamos en una videollamada y él está compartiendo su pantalla para mostrar la nueva especie de protista con una cabeza giratoria, D. friedkini. En los grises fantasmales del video de microscopía de luz, una célula maciza nada mientras que su parte superior, como un gran casquete polar nudoso, rota constantemente. Es hipnotizante.El artículo de 2023 que anuncia el descubrimiento de D. friedkini llama "infamemente raras" a las estructuras de ruedas giratorias en biología. Las bacterias pueden girar libremente sus flagelos sin romperse, pero las células con estructuras incorporadas rara vez lo logran.

Sin embargo, este no fue el primer trompo entre células complejas. Analizando material genético, los investigadores establecieron un árbol genealógico probable de parientes cercanos y lejanos. Curiosamente, esta bestia no parece estar tan relacionada con otra especie con una cabeza giratoria llamada informalmente rubberneckia, sobre la cual los investigadores han escrito esporádicamente desde 1974. Estudiar los protistas es vivir en lo extraño.

Que la nueva especie provenga del intestino de una termita no fue gran cosa, me explica Boscaro, porque los protistólogos han estado examinando intestinos de termitas en busca de nuevas especies de protistas giratorios (tanto rubberneckia como D. friedkini pertenecen a un grupo llamado Parabasalia) durante más de un siglo.

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

A medida que el verano llegaba a su fin antes de su último año, su familia conducía por el campo oriental de Nueva Escocia. Se detuvieron en un pueblo de la isla de Cape Breton para admirar una réplica del querido goleta de los años 20 que aparece en la moneda canadiense, y More recogió un poco de arena de la orilla. Solo tomó unos minutos; había empacado un conjunto de tubos de muestreo por si acaso. "Solo lo llevé de habitación en habitación de hotel y lo metí en el minibar, cuando había un minibar", dice.

Cuando regresó a la escuela, el lodo se convirtió en parte de su proyecto universitario en busca de especies desconocidas de amebas marinas llamadas vampiréllidos (SN: 11/2/15). El nombre puede evocar pesadillas, pero incluso dos de los hallazgos feroces de More se asemejan más a una cama y desayuno que a una mandíbula y garra. Se parecen a un huevo frito.

Aunque los planes corporales de los vampiréllidos varían, en este caso, la "parte blanca" del huevo es la estructura que atraviesa la cubierta externa de la presa para cosechar el interior nutritivo. Observar una pequeña célula de alga capturada por el vampiréllido revela al depredador presionando contra la célula de alga hasta que la víctima deja de moverse, drenando el interior moribundo de la célula en cinco a 10 minutos.

La muestra de arena recolectada por More terminó proporcionando al menos siete tipos visiblemente diferentes de amebas vampiréllidas. Placopus melkoniani y P. pusillus, los vampiréllidos de huevo frito ahora llamados nuevas especies, cazan rodando hacia adelante. Sus membranas externas se mueven "como una cinta transportadora", dice More, o las bandas de un tanque. "Puedes ver todo el contenido celular de ellos también rotando mientras la membrana externa gira, lo cual es casi hermoso", dice.

En 2021, esa misma muestra de vacaciones proporcionó una tercera nueva especie. More, en ese momento estudiante de posgrado en sistemática y evolución en la Universidad de Alberta en Edmonton, Canadá, y sus colegas, nombraron a esa nueva especie Sericomyxa perlucida, que significa "baba sedosa transparente". Se parece a un volante de bádminton atropellado en la carretera pero con penachos exquisitamente delicados. Y no era solo una nueva especie en un nuevo género, sino que también representaba una familia completamente nueva.

Cualquier ornitólogo o mamalogista se habría emocionado con los resultados. Pero en la emocionante frontera del descubrimiento de protistas, "me decepcioné", dice More. "Estaba tan decidido a encontrar una línea ambiental donde nadie había visto nada antes".

Cuando el botánico sueco Carl Linnaeus, fundador en el siglo XVIII del sistema de nombres biológicos de la ciencia occidental, estudiaba organismos unicelulares, sus opciones eran limitadas. Nombró relativamente pocos organismos unicelulares y la mayoría los agrupó en un género que eventualmente llamó Chaos. Los biólogos de hoy tienen muchas más herramientas de alta tecnología a su disposición, pero la evolución de la vida en la Tierra todavía se ve caótica. Una célula de un tipo de protista llamado criptomonada tiene siete conjuntos separados de genes, según una investigación publicada este año. Tres de los conjuntos adicionales provienen de pequeños órganos descendientes de células independientes de antaño, dos de bacterias simbióticas que aparentemente se volvieron esenciales y otro de un virus que viajaba como polizón en una de las bacterias.

"Somos una aberración", dice Maureen O'Malley, filósofa de la microbiología en la Universidad de Sydney, como una terrícola multicelular hablando con otra. Desde la perspectiva moderna de la vida, los microbios unicelulares, incluidos los protistas, dominan el planeta. Los grandes organismos multicelulares ahora parecen ser los raros y excéntricos atípicos. Una comparación de 2018 estima que los protistas de la Tierra representan el doble de gigatoneladas de carbono que todos los animales juntos. Si se suman otros microbios, juntos tienen 40 veces la biomasa.

Earth was entirely a microbe’s world for some 2.5 billion years or more, the majority of life’s history, O’Malley points out. We big multicellulars evolved on the backs of microbe innovations. Just a few examples: The oxygenated atmosphere came from cyanobacteria photosynthesizing 2.7 billion years ago. Even today an estimated half of the oxygen we breathe comes from microbial sources, not from plants. And plants’ ability to generate oxygen came from engulfing the microbial technology we know as chloroplasts.

Termites “eat” wood thanks to the protists packed into their guts. Tomato plants grow better with more of the predatory protists in the soil around their roots. Bobtail squid get the glow in their light organs from engulfed bacteria. Tsetse flies can’t sustain milk-feeding for their bizarre live-birthed young without specialized live-in bacteria to provide B vitamins. The list goes on and on for influential microbes. They shaped the world and keep us alive in it.

O’Malley sums up microbes as “the dominant life-forms not only in today’s world, but also in all past eras of the living Earth.” For bird watchers, wildflower lovers and nature enthusiasts of all stripes, truly seeing these invisibly small creatures for the first time can be like realizing dark matter exists. And not only that it exists, but that it makes up so much more of the universe than the supposed ordinary stuff.

New discoveries of protists and other microbial species and their ways of living are creating a very different view and appreciation for life in all its forms. With a few quirky exceptions — including us — to be an earthling is to be microscopic.

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