NeoFronteras

Sobre la aparición de la multicelularidad

Área: Biología,Cooperación — miércoles, 21 de julio de 2010

Un estudio genético comparativo nos dice que la transición a la multicelularidad puede ser más sencilla de lo que a primera vista parece.

Uno de los pasos más importantes en la evolución biológica fue el de la transición de organismos unicelulares a pluricelulares. Según investigadores del Salk Institute for Biological Studies y del Department of Energy’s Joint Genome Institute puede que no se necesitase mucha parafernalia genética para darse.
Una comparación entre los genomas del alga Volvox carteri y Chlamydomonas reinhardtii, un ser unicelular emparentado con la primera, revela que los organismos multicelulares podrían haber construido su complicada maquinaria molecular a partir de los mismos componentes que ya estaban disponibles en sus antepasados unicelulares.
Según James Umen, si uno piensa en términos de proteínas como si fueran piezas de Lego, Chlamydomonas ya tenían un gran conjunto de piezas. Volvox no tuvo que construir ninguna nueva y sólo tuvo que experimentar con lo que ya había heredado de su antepasado.
Además de otros hallazgos, el artículo publicado en Science sugiere que en el linaje de Volvox se dio un innovación limitada en la codificación de proteínas. Umen dice que esperaban grandes diferencias entre el tamaño de los genomas, en el número de genes o en el tamaño de las familias de genes entre Volvox y Chlamydomonas, pero resultó que ése no era el caso.
La aparición por evolución de seres multicelulares se dio repetidamente e independientemente en varios linajes, incluyendo a animales, plantas, hongos, algas rojas y algas verdes. Esta transición es uno de los eventos evolutivos más importantes que configuraron la vida en la Tierra. Según Simon E. Prochnik, se ha pensado y especulado mucho acerca de lo que hace diferentes o más complejos a los organismos multicelulares de sus antepasados unicelulares.
En muchos casos el cambio de una existencia solitaria a una comunal sucedió hace unos 500 millones de años o más lo que hace muy difícil su estudio. Una excepción a esto lo constituye el grupo de los Volvox, que son algas verdes. Para éstos la transición a la multicelularidad sucedió en una serie de pequeños cambios adaptativos, y progresivamente se aumentó la complejidad morfológica y del desarrollo, algo que todavía se puede apreciar en los miembros contemporáneos del grupo. Los Volvox son los miembros más sofisticados de un linaje que se cree apareció evolutivamente a partir de antepasado similar al actual Chlamydomonas hace unos 200 millones de años. Esto hace de estos organismos un modelo llamativo para el estudio de los cambios evolutivos que trajeron la diferenciación entre unicelulares y multicelulares.
Para reunir los datos del análisis comparativo los investigadores secuenciaron 138 millones de pares de bases del genoma del Volvox usando la estrategia de la “escopeta”. El genoma en sí mismo es un 17% más grande del previamente secuenciado genoma de Chlamydomonas y las secuencias divergentes entre ambas especies es comparable a la que hay entre humanos y los pollos.
A pesar del este aumento en tamaño modesto del genoma, el número proteínas codificadas resulto ser muy similar entre ambos organismos (14,566 para Volvox frente a 14,516 para Chlamydomonas) y no se pudieron identificar diferencias en el repertorio de dominios de proteínas o combinaciones de dominios. Los dominios de proteínas son partes de las proteínas que pueden evolucionar, funcionar y existir independientemente del resto de la cadena de proteína.
Según Umen, esto es inesperado, porque se creía que la innovación a nivel del dominio jugaba un papel en la evolución de la multicelularidad en los linajes de plantas y animales.
En contraste con esta falta de innovación, las proteínas específicas de Volvox, como las proteínas de la matriz extracelular, estaban enriquecidas si se comparaban con Chlamydomonas. Cada colonia madura de Volvox está compuesta con numerosas células flageladas similares a Chlamydomonas, que están embebidas en la superficie de un esferoide de una elaborada matriz extracelular que está claramente relacionada con la pared celular de Chlamydomonas. Lógicamente la diferencia en tamaño y complejidad entre la matriz extracelular de Volvox y la pared celular de Chlamydomonas refleja el dramático aumento en el número y variedad de los genes de Volvox para las dos mayores familias de proteínas que determinan la matriz extracelular.
Además, Umen y sus colaboradores identificaron un aumento en el número de proteínas cilin D en Volvox, proteínas que controlan la división celular y que quizás sean necesarias para asegurar la regulación compleja de las células durante el desarrollo de Volvox.
Volvox adaptó unos pocos genes preexistentes para así adquirir nuevas funciones. Miembros de la familia del feroforin no solamente ayudan a construir la matriz extracelular, sino que algunos subtipos evolucionaron hacia un disparador hormonal difusivo para la diferenciación sexual.
Si el paso a la multicelularidad parece tan fácil puede que sea verdad lo que se sugería en una noticia anterior publicada en NeoFronteras sobre la aparición de este tipo de organización celular en el Proterozoico. Quizás, si se dan los niveles de oxígeno necesarios, los seres multicelulares aparecen espontáneamente al cabo de poco tiempo, e incluso pueden aparecer mucho después (como Volvox) de que hayan aparecido otros seres multicelulares ya establecidos y compitiendo.