NeoFronteras

El mundo Volvox

Área: Biología — lunes, 23 de febrero de 2009

Los antepasados del Volvox hicieron la transición de un organismo unicelular a un sistema colonial mucho antes de lo pensado con anterioridad.

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Una de las formas microscópicas de vida más bellas y fascinantes que podemos encontrar en una gota de agua es el Volvox. Allí, bajo el escrutinio de la lente del microscopio, el Volvox, de forma esférica, parece un precioso planeta verde fotosintético, un microcosmos de vida. Veremos al final que esta metáfora se mantiene más allá de lo que podemos creer.
Los Volvox y otras especies emparentadas están distribuidos por todo el mundo. Se suele encontrar en lagos o en charcas profundas de agua dulce. Algunas especies emparentadas son algas unicelulares, mientras que algunas forman colonias que llegan a tener 50.000 células de alga. Como vamos a ver sus células están especializadas según su función y no están simplemente juntas. Tienen cierto nivel de organización “social” entre ellas.
Un Volvox típico es una colonia de unas 2000 células de alga embebidas todas ellas en una esfera gelatinosa de glicoproteínas y que algunos casos están unidas por filamentos citoplasmáticos entre sí. Las células flageladas de su superficie se coordinan de tal modo que la colonia puede desplazarse en el agua. Generalmente lo hace hacia la luz, ya que cuenta con células sensibles a la misma situadas predominantemente en el “hemisferio norte” de este “microplaneta”. Cada célula mide unas 5 micras, pero la colonia puede llegar a tener medio milímetro o incluso llegar a los 2 mm o más en algunas especies. Las más grandes se pueden ver a simple vista.
Las células del Volvox están especializadas, o bien forman parte de la reproducción o bien de la locomoción, pero no poseen ambas funciones a la vez.
Su sistema de reproducción es de lo más fascinante, posee reproducción asexual y sexual simultáneamente. Dentro de cada una de estas esferas crecen otras esferas en su interior, son futuras colonias de Volvox que se denominan gónadas. Las gónadas surgen a partir de células situadas en el “ecuador” de la colonia, pero con la desventaja de tener los flagelos apuntando hacia el interior de la esfera. Para arreglar este problema las pequeñas futuras colonias tienen que darse la vuelta como un calcetín cuando todavía son pequeñas y están dentro de su colonia madre. Una vez llegan a la madurez la colonia madre se rompe liberando las nuevas colonias que han crecido en su interior, y que a su vez ya llevan colonias nietas dentro.

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Células flageladas de la superficie. Foto: Wim van Egmond.

Hay colonias masculinas y femeninas con células especializadas en su ecuador que forman o bien óvulos o bien espermatozoides. También hay especies hermafroditas, pero la producción de espermatozoides y óvulos no está sincronizada para así evitar la autofertilización. Los óvulos fertilizados, una vez desarrollados, formarán más tarde una nueva colonia, esta vez con genes procedentes de dos individuos gracias a esta reproducción sexual.
Los Volvox pueden tener incluso habitantes interiores de otras especies no emparentadas. Concretamente hay una especie de rotífero (Proales parasita) que puede introducirse dentro y vivir de las células del alga (es un parásito). El rotífero puede detectar si la colonia está inmóvil. Si así sucede rápidamente practicará un agujero en su superficie y escapará.
Como se puede ver, el Volvox es un buen modelo de estadio de organización intermedio entre los organismos unicelulares y los organismos pluricelulares más complejos. Si queremos saber cómo surgió la cooperación entre células individuales para así formar un sistema más complejo, el Volvox nos podría proporcionar pistas.

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Las células de esta especie de Volvox están unidas mediante fibras citoplasmáticas. Foto: Wim van Egmond.

Todos los organismos macroscópicos tienen un antepasado unicelular y cada grupo de seres vivos que ahora vemos tuvo que sufrir en un pasado remoto una transición de este tipo. Se cree que cambios en la cooperación y en los conflictos entre las células individuales llevaron de algún modo, y en algunos casos, a una resolución de estos conflictos y a la formación de colonias que más tarde evolucionaría hacia organismos plenamente pluricelulares. Esto se habría dado en algún momento, hace más de 600 millones de años en el Neoproterozoico, pero puede haberse intentado más veces desde entonces.
Hasta hace poco se estimaba que el primer Volvox apareció hace sólo 50 millones de años, pero según un nuevo estudio, para el que se han empleado las más modernas técnicas genéticas, estas colonias habrían aparecido hace unos 200 millones de años, durante el Triásico. En esa época el mundo estaba poblado por dinosaurios primitivos, reptiles mamíferoideos, helechos arborescentes, ginkgos y alguna conífera. No había flores, ni insectos polinizadores, ni hierba, ni rumiantes. Según Matthew D. Herron de la Universidad de Arizona en Tucson, uno de los autores del estudio, el Volvox pasó de ser células independientes a ser una colonia en sólo 35 millones de años, un parpadeo en el tiempo geológico.

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Una colonia hija se da la vuelta sobre sí misma para hacer que el interior pase a ser el exterior y que así los flagelos estén bien orientados adecuadamente. Foto: Wim van Egmond.

Investigadores de la universidad antes mencionada y de la Universidad de Wisconsin en Madison secuenciaron ADN de 45 especies distintas de Volvox y especies emparentadas para reconstruir el árbol filogenético y determinar cuándo surgió la primera colonia de Volvox.
Para averiguar hace cuánto tiempo apareció el antepasado más antiguo del grupo se fijaron en las diferencias genéticas entre las distintas especies analizadas, llegando al resultado ya mencionado.
Sin embargo, algunos biólogos evolucionistas han criticado este método de reloj genético por ser demasiado tosco, pese a ser el estado del arte en la actualidad. Heron se defiende diciendo que la fecha proporcionada, de hace 200 millones de años, para la aparición de los primeros Volvox es en realidad conservadora.
En este estudio encontraron que uno de los rasgos más antiguos en aparecer fue la masa gelatinosa de glicoproteínas que mantiene a las células de la colonia juntas. Cosa por otra parte lógica, ya que sin ella no se mantiene la unidad estructural. Una de las posibles ventajas de formar colonias es la protección frente a los depredadores. Un tamaño más grande simplemente evita ser ingerido por depredadores más pequeños.

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Una colonia madre se rompe liberando colonias hijas que ya tienen colonias nietas creciendo en su interior. Foto: Wim van Egmond.

Pero la construcción de una estructura extracelular necesita un gasto de recursos que requiere cooperación. En este punto existe, por parte de algunos individuos (células en este caso), la tentación de engañar (desertar en teoría de juegos) y de no cooperar.
Imaginemos un grupo de cuatro células que van a formar una colonia. Una de las células podría no gastar recursos en la formación de la matriz y gastarlos en su reproducción. Aquí aparece el conflicto. Esta célula tendría una ventaja reproductiva respecto a las otras y además contaría con la protección que brinda la colonia. Estas células “egoístas” serían seleccionadas desde el punto de vista evolutivo. Si este rasgo se generaliza no se forma la colonia y todas pierden, terminando todas siendo víctimas de los depredadores unicelulares. De hecho, da la impresión de que debido a este mecanismo, nunca se llegaría a formar evolutivamente ni la primera colonia.
Evitar este conflicto es esencial para poder llegar a ser un organismo pluricelular. Los beneficios del engaño tienen que ser reducidos para que las células cooperen satisfactoriamente.
Algunos rasgos que este grupo de investigadores ha encontrado se encargan precisamente de mediar en el conflicto. Uno de ellos es el control genético del número de células hijas. Si el número de descendientes es fijo no hay razón para engañar y ser un aprovechado. Si una célula no puede tener ocho descendientes, en lugar de los solamente cuatro como las otras células que cooperan, el pago por desertar no existe.
Ahora este grupo de investigadores estudia si el tamaño de la colonia afecta el grado en el cual hay especialización entre las células.

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Paquetes de células espermáticas. Foto: Wim van Egmond.

Este ejemplo no es el único de cooperación entre células individuales. Un caso cubierto en el pasado por NeoFronteras fue el del moho mucilaginoso (ver referencias). Otro caso es el de las bacterias Pseudomonas fluorescens, que flotan sobre la superficie del agua formando un tapete si hay suficientes células altruistas que produzcan el polímero que las mantiene juntas (a un costo metabólico), pero se hunden en el agua y se ahogan por falta de oxígeno si el número de células mutantes “aprovechadas” que no segregan el polímero supera una cierta proporción. Si la selección de grupo permite la proliferación de células aprovechadas, éstas se reproducirán más al no gastar energía en mantener el tapete y aprovecharse así del esfuerzo ajeno. Entonces éstas serán cada vez más numerosas hasta que la comunidad no logre superar el umbral crítico de flotabilidad.
Todo esto nos enseña, metafóricamente, la importancia de la cooperación. En una sociedad habrá siempre individuos dispuestos a “desertar” y a aprovecharse de las estructuras sociales que los demás, como comunidad, les proporcionan. Debido a la existencia inequívoca de este aspecto, en las sociedades se crean sistemas legales y correctivos que tratan de evitar la deserción y de fomentar la cooperación.
Si no se evita convenientemente la deserción, las sociedades colapsan. Incapaces de soportar el peso de tanto parásito la cooperación no compensa y se termina gritando eso de “sálvese quien pueda”, no quedando finalmente cooperación suficiente como para mantener sano el sistema. Casos de timos piramidales y burbujas de todo tipo (y no sólo en EEUU), nos ejemplifican esto último con sus terribles consecuencias económicas. La degradación de los servicios públicos de sanidad y de educación son otros ejemplos.
Cuando contemplamos el mundo en su conjunto y vemos el lío climático y ecológico en el que nos hemos metido, un organismo tan humilde como el Volvox nos puede dar una lección. La respuesta siempre estuvo ahí, desde hace 200 millones de años, desde hace más de 600 millones de años. En ausencia de suficiente cooperación, debido a la tragedia de los bienes comunales, seremos “engullidos por los depredadores” y en el fondo será por nuestra culpa.
La deserción toma múltiples formas: el egoísmo de “yo no puedo limitar mis emisiones de dióxido de carbono”, la avaricia de depredar un poco más de selva o un poco más en las reservas pesqueras que los demás, la escasa inversión en nuevos desarrollos porque los fondos se necesitan para otras cosas (para otros), los intereses de grandes compañías, el afán reproductivo de los muy condicionados cultural y religiosamente…
Los antepasados del ser humano aprendieron a cooperar entre sí y gracias a ello todavía estamos aquí. Creamos la agricultura, la ganadería, la civilización y la ciencia. A veces da la impresión de que se nos ha olvidado. Quizás haya que pensar en el mundo como si fuera un Volvox para recordarlo.

Fuentes y referencias:
Noticia de University of Arizona.
Artículo original (resumen).
Moho mucilaginoso en NeoFronteras.
Sobre el paso de unicelulares a multicelulares.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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4 Comentarios

  1. Liberal:

    Tampoco habrá que olvidar que el precio de la seguridad para las células del volvox es algo tan preciado para la psique humana como la libertad, la independencia y el derecho a buscar la propia felicidad.
    Las células no piensan. Y los seres humanos no somos ni hormigas ni células. Ese fue el fallo del comunismo

  2. NeoFronteras:

    Estimado Liberal:
    Efectivamente, las células en este caso no piensan, sino que son guiadas genéticamente de una manera ciega.
    Y sí, el ser humano tiene una psique, unos sentimientos y una capacidad de soñar, incluso con un futuro mejor. También tiene un fuerte sentimiento de justicia y zonas cerebrales encargadas de su administración. Es un ente mucho más complejo que una célula o una hormiga, y muchísimo más si tenemos en cuenta las estructuras sociales y culturales.
    La cooperación y todos los factores antes mencionados son independientes del sistema político y tienen valor por ellos mismos. Sistemas que siempre tienen excesos, por eso hay que estar siempre vigilantes. Parásitos sociales los hay en todos los sistemas, al igual que gente que coopera. No nos olvidemos.
    La pobreza y la falta de libertad son malas cosas para cualquier sistema político. El Volvox es sólo una metáfora que hace más ameno el tema y que no hay que tomar más allá de donde se debe.

  3. ___Emilio:

    Liberal, por lo que se ve, el dinero tampoco piensa…

  4. lluís:

    Bien, eso de que las células no piensan no lo tengo muy claro. Primero habría que definir que es “pensar”, y lo que está claro es que sin determinadas células no pensaríamos. Pero bueno dejemos la metafísica para otro día y vayamos al artículo en cuestión. Realmente cada vez que nos metemos en los dominios de la biología o de la genética nos quedamos fascinadoramente asombrados. Y, a mí sólo se me ocurre pensar que sería muy extraño que en el Universo (sea lo que sea o haya los que haya) no hubiera realmente una explosión de vida, sea o no inteligente. Máxime cuando se han encontrado cientos de moléculas orgánicas danzando en el espacio interestelar y algunas de ellas bien conocidas por nosotros.

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