Así están recreando en laboratorio el momento clave que dio origen a todas las plantas del planeta
Un equipo internacional ha logrado recrear en laboratorio el tipo de simbiosis celular que dio origen a las plantas. Este avance permite estudiar los mecanismos evolutivos más antiguos y abre nuevas vías para la biotecnología, desde el diseño de probióticos hasta la agricultura sostenible.
Fuente: ChatGPT / E. F.
Eugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico. Director de Muy Interesante Digital
13.05.2025
¿Quién iba a pensar que algo tan minúsculo como una cianobacteria cambiaría el destino del planeta? Hace alrededor de mil millones de años, un encuentro fortuito entre un organismo unicelular y una bacteria fotosintética dio lugar al origen de las plantas. Lo que empezó como una simple convivencia acabó en una simbiosis tan perfecta que transformó la historia de la vida en la Tierra. Hoy, científicos de Alemania, Estados Unidos y Francia están intentando recrear en el laboratorio esa unión primitiva que hizo posible la fotosíntesis y, con ella, la vida tal y como la conocemos.
La idea puede parecer extravagante, pero detrás hay ciencia de vanguardia y mucho rigor experimental. El proyecto se llama "1+1=1" y combina biología evolutiva, ingeniería genética y tecnología microfluídica. En él se intenta reproducir desde cero cómo un organismo unicelular puede integrar a otro en su interior y formar una unidad funcional. Este esfuerzo no solo pretende entender mejor un hito evolutivo, sino también abrir nuevas vías en biotecnología, salud intestinal y producción sostenible.
El origen celular de las plantas
Hace unos mil millones de años, un organismo eucariota —es decir, con núcleo celular— absorbió a una cianobacteria. Lejos de digerirla, como ocurriría en un proceso típico, ambas células establecieron una relación simbiótica: la bacteria aportaba azúcares y oxígeno gracias a la fotosíntesis, y el hospedador le ofrecía protección y nutrientes. Con el tiempo, esa cianobacteria se transformó en un orgánulo estable dentro de la célula huésped: el cloroplasto.
Este fenómeno, llamado endosimbiosis primaria, fue el origen de todas las plantas actuales. "Uno más uno volvió a convertirse en uno", como lo expresa de manera simbólica el nombre del proyecto internacional. Comprender este proceso no es solo mirar al pasado: ayuda a entender cómo surgieron las células complejas y qué condiciones hacen posible la cooperación entre organismos tan distintos.
Análisis del crecimiento de cianobacterias a distintas intensidades de luz mediante microscopía y segmentación celular con inteligencia artificial, revelando dinámicas de expansión celular a nivel de colonia y de célula individual. Fuente: Lab on a chipUna alianza forzada entre especies
Para investigar esta simbiosis en condiciones controladas, los investigadores eligieron a Paramecium bursaria como célula hospedadora. Este organismo ya vive en simbiosis con la microalga Chlorella vulgaris en la naturaleza. La idea es comprobar si puede llegar a establecer una relación similar con una cianobacteria modificada genéticamente para excretar azúcares —algo que no hace de forma natural—, con la esperanza de que esto "atraiga" al paramecio hacia una posible asociación simbiótica.
El objetivo no es que la fusión sea completa ni que la cianobacteria se convierta inmediatamente en un cloroplasto, sino observar los primeros pasos de la integración simbiótica: la captación, la tolerancia mutua, el intercambio de sustancias y la posible sincronización del ciclo celular. Para ello, los científicos colocan a los paramecios bajo condiciones de estrés que favorezcan el establecimiento de relaciones simbióticas.
Fuente: ChatGPT / E. F.Microchips para una simbiosis artificial
Uno de los elementos más innovadores de este experimento es el uso de microchips especialmente diseñados para cultivar microorganismos en condiciones controladas. Estos chips permiten ajustar con precisión la intensidad de la luz, la temperatura, el suministro de nutrientes y los niveles de dióxido de carbono (CO₂). Todo esto se combina con técnicas de microscopía automatizada y análisis de imágenes asistido por inteligencia artificial.
En estos microentornos, los científicos han cultivado cepas de cianobacterias dispuestas en monocapas celulares, lo que evita que se hagan sombra entre sí y asegura una iluminación homogénea. Así, se puede medir con gran exactitud cómo influye cada parámetro ambiental en el crecimiento y el comportamiento celular. El estudio afirma: “proporcionamos datos completos y precisos sobre el crecimiento de cianobacterias a resolución de célula individual”.
Este enfoque permite no solo reproducir situaciones evolutivas pasadas, sino también anticipar aplicaciones futuras. Se trata de una herramienta versátil, capaz de reducir el tiempo de experimentación de un mes a apenas unos días, con datos de alta fiabilidad sobre la división celular, la morfología y la respuesta a cambios ambientales.
Fuente: ChatGPT / E. F.Una plataforma de cultivo sin precedentes
La plataforma microfluídica desarrollada por el equipo liderado por Dietrich Kohlheyer representa un salto cualitativo respecto a métodos anteriores. A diferencia de los biorreactores tradicionales, que sufren problemas como la sombra celular y la baja eficiencia en el suministro de CO₂, esta tecnología garantiza condiciones homogéneas para cada célula. Además, permite aplicar gradientes de luz y ciclos día-noche, y simular de forma precisa las concentraciones de gases.
En palabras del artículo: “El dispositivo fue diseñado con un enfoque en la aplicabilidad, para permitir su uso por parte de no especialistas”. De hecho, uno de sus logros más destacados es haber logrado cultivar y analizar más de 2,8 millones de cianobacterias individuales a lo largo de semanas, obteniendo datos que serán útiles para el modelado de procesos a gran escala en biotecnología.
Este desarrollo no solo es útil para estudios simbióticos. Puede servir para explorar temas tan diversos como la producción de biomasa, el diseño de biorreactores más eficientes o el desarrollo de estrategias agrícolas más sostenibles. Al permitir conocer cómo responden las células a cada factor ambiental, se convierte en una herramienta fundamental para la ingeniería biológica del futuro.
Más allá del experimento: ¿para qué sirve todo esto?
Aunque el proyecto parte de una pregunta fundamental sobre la evolución, sus aplicaciones van mucho más allá. La recreación de simbiosis en laboratorio puede revolucionar la medicina y la agricultura. Por ejemplo, abre posibilidades para diseñar probióticos personalizados capaces de establecer relaciones simbióticas con células del cuerpo humano, mejorar la salud intestinal o combatir infecciones.
También permite imaginar un futuro en el que microorganismos especialmente diseñados produzcan compuestos útiles —como vitaminas, antioxidantes o incluso medicamentos— en condiciones sostenibles y eficientes. La capacidad de diseñar asociaciones simbióticas también puede tener un impacto directo en la agricultura, al mejorar la salud de las plantas mediante relaciones simbióticas con bacterias beneficiosas.
En definitiva, entender cómo se forma una simbiosis no solo responde a una curiosidad evolutiva, sino que ofrece un camino concreto hacia una biotecnología más inteligente y adaptada a los desafíos del siglo XXI.
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Referencias
Lennart Witting, Johannes Seiffarth, Birgit Stute, Tim Schulze, Jan Matthis Hofer, Katharina Nöh, Marion Eisenhut, Andreas P. M. Weber, Eric von Lieres y Dietrich Kohlheyer. A microfluidic system for the cultivation of cyanobacteria with precise light intensity and CO₂ control: enabling growth data acquisition at single-cell resolution. Lab on a Chip, 2025, 25, 319–329. https://doi.org/10.1039/d4lc00567h.
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