Imagen de un fósil multicelular. Virginia Tech

La vida surgió en nuestro planeta hace ya más de 3.600 millones de años, sin embargo, no fue hasta hace unos 600 millones de años que aparecieron las primeras formas de vida complejas. Poco a poco vamos esclareciendo como estas primeras células individuales evolucionaron desde el simple comportamiento en grupo hasta alcanzar la vida multicelular, descubrimientos que podrían arrojar luz sobre como la vida puede evolucionar en entornos completamente alienígenas.

La evolución de estas primeras formas de vida desde simples microbios fue un periodo crucial para la historia de la biología terrestre, un evento que transformo drásticamente nuestro mundo. Sin embargo, hay un misterio encerrado en esta evolución, ¿Por qué los organismos multicelulares no volvieron a adoptar la estrategia de la unicelularidad?

“La unicelularidad es claramente un éxito, los organismos unicelulares son mucho más abundantes que los organismos multicelulares, y han existido por lo menos mas de 2.000 millones de años”, señalo Eric Libby, biólogo matemático en el Instituto de Santa Fe en Nuevo México y autor principal de un nuevo estudio publicado en la revista Science. “Entonces, ¿cuál es la ventaja de ser pluricelular y permanecer de esa manera?”

Por lo general, la respuesta a esta pregunta es la cooperación, las células obtuvieron un mayor beneficio al trabajar en grupos que haciéndolo solas. Sin embargo, en escenarios de cooperación, surgen constantemente tentadoras oportunidades “para que las células eludan sus deberes, es decir, hacer trampa”, comento Libby.

“Como ejemplo, considere la posibilidad de una colonia de hormigas en la que sólo la reina pone huevos y los trabajadores, que no pueden reproducirse, debe sacrificarse por la colonia. ¿Qué impide que la hormiga trabajadora abandone la colonia y forme una nueva? Bueno, obviamente, la hormiga trabajadora no puede reproducirse, por lo que no puede iniciar su propia colonia. Pero sufriese una mutación que se lo permita, entonces esto sería un verdadero problema para la colonia. Este tipo de lucha prevalece en la evolución de la pluricelularidad debido a que los primeros organismos multicelulares tan solo eran una mutación, lejos de ser estrictamente unicelulares”.

Diferentes experimentos han demostrado que un grupo de microorganismos es capaz de segregar moléculas útiles que pueden beneficiar a todos los miembros del grupo, permitiéndolos crecer más rápidamente que aquellos que se encuentran solos. Pero dentro de un grupo, aquellos microorganismos que optan por no gastar sus recursos en la producción de estos nutrientes crecen mucho más rápidamente que el resto de los integrantes de la colectividad. Otro de los ejemplos los encontramos en aquellas células que crecen de tal forma que perjudican a los demás integrantes del grupo, células cancerígenas que presentan un potencial problema para todos los organismos multicelulares.

De hecho, muchos organismos multicelulares primitivos probablemente experimentaron estados tanto unicelulares como pluricelulares, lo que permitiría a algunos de los microorganismos renunciar a vivir en grupo. Por ejemplo, la bacteria Pseudomonas fluorescens evoluciona rápidamente creando alfombras multicelulares sobre superficies para lograr un mejor acceso al oxígeno. Sin embargo, una vez que se ha formado esta capa de células, los microorganismos tienen un incentivo para no producir el pegamento responsable de mantener unido al grupo, lo que, en última instancia, lleva a la destrucción de esta alfombra de microorganismos.

Para resolver el misterio de cómo perduro la vida multicelular, sugieren lo que ellos llaman “mecanismos de trinquete.” Estos trinquetes tan solo permiten el movimiento en una única dirección, por lo que, por analogía, estos mecanismos de trinquete biológicos son rasgos que proporcionan beneficios en un contexto de grupo, pero son perjudiciales para aquellos que optan por la individualidad, lo que, en última instancia, previene que los integrantes del grupo reviertan a un estado unicelular, señalo William Ratcliff, del Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta y uno de los autores del trabajo.

En general, cuanto más un rasgo provoca que las células de un grupo se vuelvan mutuamente dependientes, más actúa como un trinquete. Por ejemplo, los grupos celulares pueden dividir el trabajo de modo que algunas de estas células generen una molécula esencial mientras que otras fabrican otro compuesto esencial diferente, de esta forma, este grupo de células trabajan mejor de forma conjunta que individualmente.

Estos trinquetes también pueden explicar la simbiosis que tuvo lugar entre antiguos microorganismos que los llevaron a portar simbiontes en el interior de sus células, como las mitocondrias y cloroplastos que respectivamente ayudan a sus anfitriones a hacer uso del oxígeno y la luz solar. En experimentos, cuando a los paramecios se les priva de sus simbiontes fotosintéticos se observa que pierden cierta capacidad de obtener energía, y a su vez, sus simbiontes suelen perder aquellos genes que les son necesarios para prosperar fuera de sus anfitriones.

Estos mecanismos de trinquete pueden llevar a resultados aparentemente sin sentido. Por ejemplo, la apoptosis, o muerte celular programada, es un proceso por el cual, esencialmente, una célula suicida. Sin embargo, los experimentos muestran que las tasas más altas de la apoptosis en realidad pueden tener beneficios. En grandes grupos de células de levadura, as células apoptóticas actúan como eslabones débiles cuya muerte permite a los pequeños grupos de células de levadura liberarse y conquistar otros lugares en los que podrían tener más espacio y nutrientes en los que crecer.

“Esta ventaja no funciona para las células individuales, lo que significaba que cualquier célula que abandonase el grupo sufriría una desventaja”, comento Libby. “Este trabajo demuestra que una célula viva en un grupo puede experimentar un ambiente fundamentalmente diferente al de la vida unicelular. El medio ambiente puede ser tan diferente que tendría rasgos desastrosos para un organismo solitario, al igual que el aumento de las tasas de mortandad, pueden llegar a ser ventajoso para las células de un grupo”.

Cuando tratamos de establecer un paralelismo entre estos resultados y nuestra búsqueda de vida extraterrestre, Libby señalo que esta investigación sugiere que el comportamiento extraterrestre podría parecer extraño hasta que uno entiende mejor que un organismo puede ser un miembro de un grupo.

“Los organismos en las comunidades pueden adoptar conductas que parecerían extrañas o contrarias a la intuición, sin la debida consideración de su contexto comunitario. Es esencialmente un recordatorio de que una pieza del rompecabezas es un rompecabezas hasta que sabemos cómo encaja en un contexto más amplio.”

Articulo original publicado en Astrobio.net

espacioprofundo.es 05/02/15

La evolución hacia la vida multicelular | Espacio Profundo