Una nova investigació liderada per l’Institut de Recerca Biomèdica de Barcelona (IRB Barcelona), amb seu al Parc Científic de Barcelona, reconstrueix, gràcies a l’ús del supercomputador MareNostrum del Barcelona Supercomputing Center-Centre Nacional de Supercomputació (BSC-CNS), l’origen genètic de l’últim ancestre comú de tots els eucariotes, el llinatge cel·lular al qual pertanyen animals, plantes, fongs i protistes. L’estudi, publicat a Nature, qüestiona la idea que la complexitat cel·lular sorgís a partir d’una única trobada evolutiva i apunta a un procés gradual d’interaccions entre diferents microorganismes que va durar milions d’anys.

Totes les cèl·lules dels animals, les plantes, els fongs i els protists comparteixen una característica fonamental: són cèl·lules eucariotes, és a dir, cèl·lules complexes, amb compartiments interns especialitzats. També ho són les cèl·lules que formen el nostre cos.

Com va sorgir aquest tipus de cèl·lula és una de les grans preguntes de la biologia. Durant dècades, l’explicació dominant ha situat la incorporació del mitocondri com el gran punt d’inflexió: una arquea hauria establert una relació simbiòtica amb un bacteri, que amb el temps es va convertir en el mitocondri, i aquesta aliança hauria obert la porta a la complexitat cel·lular.

Ara, un estudi liderat pel Dr. Toni Gabaldón, investigador ICREA a l’IRB Barcelona i al Barcelona Supercomputing Center-Centre Nacional de Supercomputació (BSC-CNS), publicat a Nature, replanteja aquesta visió. El treball no nega el paper central del mitocondri, però suggereix que l’origen de les cèl·lules complexes va ser més llarg, gradual i coral del que es pensava. Segons els resultats, altres grups bacterians, a més de l’ancestre del mitocondri, van deixar una empremta important a l’ancestre comú de tots els eucariotes.

«Durant molt de temps hem explicat l’origen de les cèl·lules complexes com una història amb dos grans protagonistes: una arquea i el bacteri que va donar lloc al mitocondri. El nostre estudi suggereix que aquest relat és incomplet i que hi va haver més actors en escena, incloent altres grups bacterians i virus gegants que van poder facilitar l’intercanvi de gens», explica el Dr. Gabaldón.

Fòssils escrits als gens

A diferència del que passa amb els dinosaures, l’origen dels eucariotes no es pot reconstruir a partir d’ossos o fòssils visibles. Va passar fa uns 2.000 milions d’anys, en organismes microscòpics dels quals gairebé no queden rastres directes, però les seves empremtes continuen presents en els genomes actuals.

L’equip ha abordat el problema com a forma d’arqueologia molecular. Per rastrejar-les, l’equip ha abordat el problema com una forma d’arqueologia molecular computacional, valent-se de la capacitat de càlcul de la saga de supercomputadors MareNostrum per analitzar dades genòmiques públiques que abasten tota la biodiversitat.

Primer va reconstruir el repertori de famílies de gens i proteïnes de l’últim ancestre comú de tots els eucariotes, conegut com a LECA (per les sigles en anglès, Last Eukaryotic Common Ancestor). Després va analitzar el seu origen evolutiu comparant-les amb bases de dades que inclouen desenes de milers de genomes de bacteris, arqueus i virus.

Així, després de més de 5 anys de treball utilitzant models matemàtics complexos i processant grans volums de seqüències genòmiques, ha estat possible detectar senyals que d’una altra manera haurien romàs invisibles.

«Estem intentant reconstruir una història que va passar fa milers de milions d’anys i de la qual no tenim fòssils directes. Per això hem estat molt conservadors: ens quedem només amb els senyals evolutius més robusts, aquells que tenien una força comparable als senyals que ja s’accepten per a l’arquea ancestral i per al bacteri que va donar lloc al mitocondri”, expliquen Moisès Bernabeu, Saioa Manzano-Morales i Marina Marcet-Houben, autors de l’estudi i investigadors del grup de Genòmica Comparada, que el Dr. Gabaldón dirigeix a l’IRB Barcelona i el BSC.

Més actors que el mitocondri

L’estudi identifica dos senyals bacterians especialment rellevants més enllà del mitocondri: Myxococcota i Planctomycetota. Les primeres estan relacionades amb funcions metabòliques, incloent-hi processos vinculats a lípids i membranes. Els segons són bacteris coneguts per la seva complexitat estructural, amb compartiments interns inusuals per a organismes bacterians.

Les anàlisis suggereixen a més que aquestes contribucions no van passar totes alhora. Les Planctomycetota apareixen com un senyal més antic, mentre que les Myxococcota i el bacteri que va donar origen al mitocondri mostren senyals més propers en el temps.

Aquesta visió encaixa amb la idea que els ancestres de les cèl·lules eucariotes van viure en entorns rics en comunitats microbianes, com els tapets microbians, on diferents microorganismes conviuen en capes amb condicions químiques diferents. En aquest context, els intercanvis genètics haurien permès incorporar noves capacitats biològiques al llarg del temps.

Virus gegants com a vehicles d’intercanvi genètic

Un dels resultats més inesperats de l’estudi és la implicació dels virus gegants, en particular els Nucleocytoviricota. Aquests virus tenen genomes molt més grans que els de la majoria de virus coneguts i infecten organismes eucariotes unicel·lulars.

L’estudi mostra que alguns gens incorporats durant l’evolució primerenca dels eucariotes semblen procedir de virus gegants. Els autors proposen que aquests virus van poder actuar com a vehicles de transferència genètica entre microorganismes que convivien en un mateix ecosistema, facilitant intercanvis que haurien contribuït a modelar el genoma ancestral de les cèl·lules eucariotes.

Una pregunta fonamental sobre la història de la vida

L’estudi aborda una de les grans preguntes de la biologia: com va sorgir la complexitat de les cèl·lules que formen el cos. En reconstruir les empremtes genètiques d’aquell procés, el treball aporta una nova visió sobre un episodi clau en la història de la vida: l’origen del llinatge cel·lular al qual pertanyen animals, plantes, fongs i protists.

El treball amplia una línia iniciada pel mateix Dr. Gabaldón el 2016, quan va publicar a Nature un estudi que ja suggeria que el mitocondri es va poder incorporar relativament tard al procés d’origen dels eucariotes. Ara, amb moltes més dades genòmiques disponibles i eines computacionals més potents, l’equip ha pogut analitzar amb més detall quins altres organismes van deixar empremta en aquest ancestre comú.

«Tots els genomes conserven rastres de la seva història. En el cas dels eucariotes, aquests rastres ens parlen d’antigues aliances entre microorganismes. Entendre-les ens ajuda a donar resposta una pregunta molt profunda: què som i d’on venim?», conclou el Dr. Gabaldón.

El projecte ha estat finançat principalment per la Gordon and Betty Moore Foundation, ha comptat amb recursos computacionals de la Red Española de Supercomputación (RES), proporcionats pel BSC al MareNostrum 5, i amb suport del Ministeri espanyol de Ciència i Innovació.

» Article de referència: Diverse gene ancestries reveal multiple microbial associations during eukaryogenesis. Moisès Bernabeu, Saioa Manzano-Morales, Marina Marcet-Houben, Toni Gabaldón. Nature (2026) DOI: 10.1038/s41586-026-10639-9

» Enllaç a la notícia: web de l’IRB Barcelona [+]