Paso clave en la evolución replicado por científicos

Uno de los grandes enigmas de la ciencia ha sido la evolución de los organismos unicelulares en la variedad increíble variedad de flora y fauna que vemos hoy.

¿Cómo sucedió la transición en la Tierra de un planeta habitado por organismos unicelulares a un mundo lleno de formas de vida más complejas?

Los organismos unicelulares primero comenzaron a evolucionar hacia formas más complejas hace más de 500 millones de años, cuando comenzaron a formar varios grupos celulares. Lo que no se entiende es cómo ese proceso ocurrió. Pero ahora, los biólogos están un paso más cerca de averiguar este rompecabezas al lograr con éxito replicar este paso clave con un ingrediente común en la fabricación de pan y la cerveza , la levadura de cerveza común (Saccharomyces cerevisiae).
Los resultados fueron publicados en la edición de la semana pasada de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Saccharomyces cerevisiae

Las levaduras son una forma microscópica de los hongos, son unicelulares, pero pueden llegar a ser multicelulares a través de la formación de una serie de agrupaciones. Los experimentos se basan en este hecho, y eran sorprendentemente simples, sólo que no se había hecho antes, según cuenta Ratcliff, un científico de la Universidad de Minnesota (UMN) y co-autor del artículo. "No hay muchos científicos haciendo evolución experimental, están tratando de responder a las preguntas acerca de la evolución, no de recrearla".

Las células verdes son sometidas a muerte celular (apoptosis), una división del trabajo.

Sam Scheiner, director del programa del NSF Division of Environmental Biology, añade: "Para entender por qué el mundo está lleno de plantas y animales, incluyendo seres humanos, tenemos que saber cómo los organismos unicelulares hicieron el cambio a la vida en grupo, como organismos multicelulares. Este estudio es el primero en observar experimentalmente la transición y ofrece una mirada a un evento que tuvo lugar cientos de millones de años atrás ".

Se ha pensado que el paso hacia la complejidad multicelular fue difícil, un obstáculo evolutivo que sería muy difícil de superar. La nueva investigación sin embargo, sugiere que podría no ser tan difícil después de todo.

El primer experimento tardó sólo 60 días en dar resultados. La levadura se añadió a un caldo rico en nutrientes, entonces las células se dejaron crecer durante un día. Luego fueron estratificadas por peso utilizando una centrifugadora. Grupos de células de levadura se quedaron en la parte inferior de los tubos de ensayo. El proceso se repitió, extrayendo los grupos de células y volviendolos a añadir a cultivos frescos. Después de sesenta ciclos, los grupos de células empezaron a formar una especie de copos de nieve esféricos, compuesto por cientos de células.

El análisis mostró que los grupos no eran sólo grupos de células que se adhirieron a las otras al azar, sino células relacionadas que permanecían unidas luego de la división celular. Eso fue importante, ya que significaba que eran genéticamente similares, que promovían la cooperación. Cuando los grupos llegaron a un tamaño crítico, algunas células esencialmente se suicidaron (apoptosis) para permitir que la descendencia se separase. Las crías se reproducian tan sólo después de haber alcanzado el tamaño de sus padres.

"Un grupo solo no es multicelular", dijo Ratcliff. "Pero cuando las células de un grupo cooperan y hacen sacrificios por el bien común, se adaptan al cambio, esto es una transición evolutiva a la multicelularidad".

Para que los organismos multicelulares adquieran forma, la mayoría de las células necesitan sacrificar su capacidad de reproducirse, una acción altruista que favorece el todo, pero no el individuo, dijo Ratcliff. Por ejemplo, todas las células del cuerpo humano son esencialmente un sistema de apoyo que permite a los espermatozoides y los óvulos pasar el ADN a la próxima generación. Por lo tanto, la multicelularidad es por su naturaleza extremadamente cooperativa. "Algunos de los mejores competidores en la naturaleza son los que se dedican a la cooperación, y en nuestra experiencia se muestra", dijo Travisano.

Los biólogos evolutivos han estimado que la multicelularidad ha evolucionado de forma independiente en unos 25 grupos. Travisano Ratcliff y se preguntan ¿por qué no se desarrolló con mayor frecuencia en la naturaleza, ya que no es tan difícil de recrear en un laboratorio?. Teniendo en cuenta que miles de millones de organismos unicelulares han vivido en la Tierra durante millones de años, parece que debería haber sido posible, dijo Ratcliff.

Tal vez esa es una pregunta que responderá en el futuro, utilizando el registro fósil durante miles de generaciones de sus grupos multicelulares, que se almacena en un congelador en el laboratorio de Travisano. Dado que las muestras congeladas contienen múltiples líneas que se convirtieron en multicelulares independientes, se pueden comparar para saber si mecanismos similares o diferentes y que genes eran los responsables en cada caso, dijo Travisano.

Los próximos pasos del dúo de investigación consistirá en examinar el papel de la multicelularidad en el cáncer, el envejecimiento y otras áreas críticas de la biología.

"Nuestra levaduras multicelulares son un recurso valioso para la investigación de una amplia variedad de temas médicos y biológicamente importantes", dijo Travisano.

"El cáncer se ha descrito recientemente como un fósil del origen de la multicelularidad, que puede ser investigado directamente con el sistema de levadura. Del mismo modo los orígenes del envejecimiento, el desarrollo y la evolución de las morfologías complejas están abiertas para dirigir la investigación experimental que de otra manera sería difícil o imposible".