Multicelularidad en evolución
Un grupo de levadura con células muertas mostradas en rojoWILLIAM RATCLIFF, UNIVERSIDAD DE MINNESOTA
En tan solo 100 generaciones, la levadura seleccionada para asentarse más rápidamente a través de un tubo de ensayo evolucionó a multicelular, cúmulos similares a copos de nieve, según un artículo publicado hoy (16 de enero) en Proceedings of the National Academy of Sciences. En el transcurso del experimento, los grupos evolucionaron para ser más grandes, producir descendencia multicelular e incluso mostrar la diferenciación de las células dentro del grupo, todas características clave de los organismos multicelulares.
“Es genial para demostrar que [la multicelularidad] puede ocurrir tan rápido” dijo la bióloga evolutiva Mansi Srivastava del Instituto Whitehead para la Investigación Biomédica en Massachusetts, quien no participó en la investigación. “Mirando el registro fósil, aprendimos que tomó mucho tiempo cada vez que ocurrieron estas diferentes transiciones a la multicelularidad. Aquí muestran que puede suceder muy rápidamente».
«[El estudio] fue provocativo», dijo. coincidió el bioquímico Todd Miller…
La evolución de la vida multicelular ha intrigado durante mucho tiempo a los biólogos evolutivos. Las células que se unen y cooperan por el bien del grupo van en contra de los principios darwinianos básicos. Sin embargo, la multicelularidad ha evolucionado unas dos docenas de veces de forma independiente en la naturaleza y ha dado forma al mundo tal como lo conocemos.
Pero debido a que la mayoría de las transiciones a la multicelularidad ocurrieron hace más de 200 millones de años, quedan muchas preguntas sobre cómo sucedió. . ¿Cuáles fueron las condiciones ecológicas que impulsaron las transiciones? ¿Y cómo superaron los organismos los conflictos de intereses que acompañan a cualquier tipo de esfuerzo cooperativo?
Para obtener una mejor comprensión del salto inicial desde la singularidad, el biólogo evolutivo de la Universidad de Minnesota Michael Travisano, su posdoctorado Will Ratcliff y sus colegas decidieron ver si podían recrear esa transición en el laboratorio. Su estrategia era simple: cultivar levadura en tubos de ensayo, agitar esos tubos de ensayo cada 24 horas y seleccionar aquellos organismos que cayeron al fondo más rápido para transferirlos a nuevos medios y propagar la población. Después de 2 semanas y alrededor de 100 generaciones, los investigadores comenzaron a ver que la levadura formaba racimos similares a copos de nieve que caían al fondo de los tubos de ensayo un 34 por ciento más rápido que las células individuales.
Fuimos al microscopio y estábamos asombrado, dijo Ratcliff. Forman estos grupos, y estos grupos tienen estas propiedades emergentes de la vida multicelular.
Los grupos continuaron evolucionando a lo largo del experimento, creciendo más y produciendo asexualmente progenie multicelular. La levadura mostró signos de tener etapas de vida juvenil y adulta y solo producía progenie una vez que el racimo alcanzaba cierto tamaño. Incluso desarrollaron una especie de división del trabajo entre las células del grupo, con ciertas células de levadura que experimentan apoptosis más fácilmente. Esas células apoptóticas sacrificaron su propio rendimiento reproductivo, pero parecían ayudar a la reproducción de todo el grupo al permitir que la progenie del grupo más pequeño se separara del padre.
Levadura multicelular de thescientistllc on Vimeo.
Estos resultados indican que los grupos, no las células individuales, fueron la unidad de selección, el paso evolutivo clave en la evolución de la multicelularidad, dijo Ratcliff.
Pero esto es solo un experimento en condiciones reconocidamente artificiales. Lo que me queda por ver es qué tan relevante es para las transiciones reales a la multicelularidad, dijo Srivastava.
De hecho, los autores del estudio PNAS admiten que la selección de células de levadura o cúmulos que se asentaron más rápidamente no es exactamente una presión de selección natural. Pero podría haber algunas lecciones importantes aquí, insistió Ratcliff. Si realmente entendemos la forma en que la multicelularidad puede evolucionar, eso nos da mucha información sobre cómo pudo haber ocurrido esto en el pasado, dijo.
Los grupos, por ejemplo, fueron el resultado de división celular incompleta, células hijas que se adhieren a sus células madre. Recientemente se encontró un resultado similar en los coanoflagelados, los parientes unicelulares más cercanos de los animales, lo que sugiere que la adhesión posterior a la división puede ser un mecanismo importante para el salto inicial a la multicelularidad. A diferencia de los mecanismos de agregación de formación multicelular en mohos mucilaginosos y biopelículas, las células que se adhieren después de la división están muy relacionadas, lo que puede ayudar a reducir el conflicto dentro de los grupos.
La pregunta ahora es qué moléculas y genes subyacen a tales cambios. ¿Hubo algún cambio en la expresión de los genes de señalización después de seleccionar los copos de nieve? preguntó Miller. Además, sería genial ver cuáles fueron los cambios genéticos subyacentes que condujeron a estos [fenotipos multicelulares], agregó Srivastava.
De hecho, Ratcliff y sus colegas ya han secuenciado el ancestro común de su copo de nieve. poblaciones de levadura, así como varias líneas de grupos que evolucionaron de forma independiente, y estamos trabajando para analizar y publicar esos datos.
(Lea más sobre los esfuerzos que se están realizando para comprender la evolución de la multicelularidad en el artículo principal de los últimos años, De lo simple a lo complejo.)
Vea la presentación de diapositivas completa. [galería]
WC Ratcliff et al., Evolución experimental de la multicelularidad, Proceedings of the National Academy of Sciences, doi/10.1073/pnas.1115323109, 2012.
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