NeoFronteras

El origen de la multicelularidad en una mutación

Área: Biología — domingo, 10 de enero de 2016

Un mutación simple en una de las dos copias de una proteína abrió la puerta a la multicelularidad en animales hace más de 600 millones de años.

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En esta microfotografía de fluorescencia (izquierda) se puede ver a un coanoflagelado solitario mostrando su ADN (en azul). Una pequeña colonia en división de estos seres (derecha) muestra la importancia entre los flagelos y la orientación de la división celular para la evolución de la organización multicelular en animales. Fuente: Ken Prehoda.

Durante miles de millones de años la Tierra sólo estuvo habitada por microorganismos. De algún modo, hace más de 600 millones de años, unas células eucariotas decidieron cooperar para formar agregados que más tarde dieron lugar a los seres pluricelulares.

Esta transición de organismos unicelulares a pluricelulares fue uno de los pasos más importantes en la evolución biológica de la Tierra. Ello conllevó ciertas ventajas, pero también desventajas como la mortalidad o el cáncer.

Los seres unicelulares son básicamente inmortales salvo por accidentes o agresión química. Además tienen una sucesión generacional muy rápida que les permite evolucionar rápidamente si las condiciones del medio cambian. Su éxito está precisamente en su simpleza.

Se estima que el paso hacia la multicelularidad se ha dado unas 20 veces a lo largo de la historia biológica de este planeta, la mayoría de ellas en esa época anterior a la explosión del Cámbrico, hace más de 500 millones de años. Pero algunas veces también se dio después. Así por ejemplo, el Volvox formó sus primeras colonias hace sólo 200 millones de años. Se cree que tardó unos 35 millones de años en dar este paso.

Pero, ¿cómo fue este paso hacia la vida multicelular que dio lugar a seres complejos que finalmente evolucionaron hasta ser nosotros? Según un estudio reciente basto con sólo una mutación para que esto se diera. Con este acto aleatorio apareció una nueva función en una proteína y nuestro antepasado unicelular pudo iniciar esta transición.

El estudio ha sido realizado por investigadores de University of Oregon dirigidos por Ken Prehoda. El respectivo artículo se publica en abierto en eLife. Además de tener importancia teórica puede tener implicaciones a la hora de tratar ciertas enfermedades como el cáncer, cuando ciertas células ya no cooperan con las restantes del cuerpo y revierten a un estado en el que su estilo de vida se parece al de los seres unicelulares.

Recordemos que las mutaciones pueden ser neutras, beneficiosas o perjudiciales. A veces se puede dar más de una a la vez cuyos resultados también pueden ser variados. Las mutaciones se dan en el ADN, pero trozos específicos de ADN que codifican una proteína (un gen) pueden dar lugar a una proteína diferente si algo asó ocurre. Las proteínas son uno de los ladrillos principales de las células y, además, puede llegar a tener propiedades catalíticas, que es cuando las llamamos enzimas. Las proteínas tienen funciones variadas que incluyen papeles en el metabolismo celular.

Algunas proteínas situadas en las membranas celulares permiten organizar las células del cuerpo de los seres multicelulares. El trabajo de estos investigadores sugiere que hacen falta pocas mutaciones para que una proteína evolucione hasta tener una función distinta.

En este estudio se escogió a los coanoflagelados como modelo, que son seres unicelulares. Son los parientes unicelulares vivos más cercanos a los animales pluricelulares, sobre todo con las esponjas. Tienen un flagelo que agitan para desplazarse o para capturar comida. Lo interesante de estas criaturas es que, además de llevar vidas solitarias, forman colonias.

A partir de la secuenciación genética de este ser y de otros 40 organismos, estos investigadores, gracias a un método computacional, pudieron moverse hacia atrás en el tiempo por el árbol filogenético y hacer una reconstrucción de una proteína ancestral y de ver cómo funcionaba en aquel entonces. Gracias a esto pudieron identificar la mutación clave que abrió la puerta a la organización pluricelular en los animales.

Además descubrieron que los flagelos de los coanoflagelados son indispensables para la formación de las colonias. Lo que sugiere que esto también pudo ser necesario en nuestros remotos antepasados y su transición hacia el estilo de vida multicelular. Pero su papel fue cada vez menos importante, hasta que al final ya no se necesitaron los flagelos una vez que se asentó el nuevo estilo de vida.

Según estos científicos esta importancia menor de los flagelos se empezó a dar cuando el gen que codificaba una enzima se duplicó y una mutación simple permitió a una de esas dos copias adoptar un nuevo papel en la orientación y arreglo de las células.

En concreto, esta mutación permitió la unión de los motores proteicos de microtúbulos a una proteína marcadora sobre la cubierta celular por medio de indicaciones externas, lo que cambió la función molecular de la superficie celular radicalmente.

El dominio proteico (conjunto de proteínas emparentadas) GK que resultó de esta mutación se puede encontrar hoy en día en todos los genomas de los animales y sus parientes unicelulares más cercanos, pero está ausente en otros seres vivos.

“Esta mutación fue un pequeño cambio que alteró dramáticamente la función de la proteína, permitiendo que realizara una tarea completamente distinta”, dice Prehoda. “Puedes decir que a los animales realmente les gustan estas proteínas, porque ahora hay más de 70 dentro de nosotros”, añade.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4848

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Sobre la aparición de la multicelularidad.
Multicelularidad, cáncer y esponjas.
Levaduras evolutivas y levaduras rejuvenecidas.
Sobre el origen de la multicelularidad.
Fuerzan evolución de multicelularidad.
Cooperación y deserción en la multicelularidad.

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

  1. r:

    Impresionante que con los actuales avances en la tecnología sea posible conocer eventos tan sorprendentes y lejanos en el tiempo, como los que describe el artículo y lo mejor es que aún falta mucho por descubrir.

  2. tomás:

    Querido amigo “r”:
    Tengo una teoría sobre tu frase “… aún falta mucho por descubrir”, y es que cuando se descubre algo, se abre todo un campo a investigar, por lo que, cuanto más sabemos, más es lo que nos falta por descubrir.
    Un abrazo.

  3. Miguel Ángel:

    De entre lo unicelulares más pequeños, la mayoría se mueven con flagelos como los coanoflagelados y no con cilios. El motivo, según explicaron en un documental, es que es el modo más eficiente para vencer a resistencia del agua. Estos seres son tan pequeños que el medio acuático sería como para nosotros nadar en una piscina no de agua, sino de pequeñas bolitas.

  4. lluís:

    Realmente interesante este estudio. Explica uno de los “misterios” más buscados por la biología, el paso de la unicelularidad a la multicelularidad.
    Por lo que hace a la simplicidad=belleza, hay que decir que el mundo tiene mucha simplicidad o belleza. Abundan mucho más los seres unicelulares que los pluricelulares o multicelulares.

  5. r:

    Pues sí, tienes mucha razón estimado Tomás ya que esto es algo de nunca acabar. Otra cosa sería que siempre podamos ser capaces de comprender y explicar la naturaleza de todo lo que podamos descubrir, es decir probablemente nuestra especie no tiene una capacidad de comprensión ilimitada ¿por qué razón la tendría?

  6. tomás:

    Meditando -no hace falta mucho- sobre esa evolución, pienso que habían de tener tales coanoflagelados una especie de gel envolvente que permitiese dos cosas simultáneamente: una, facilitar el movimiento en el agua, es decir algo así como un lubricante que minorase el esfuerzo, y otra, que cuando se encontrase con un semejante, hacer de pegamento y propiciar la formación de colonias. Me intriga la orientación lejana: ¿cómo sabían donde estaban sus semejantes?. Ya caigo. Sea por fototaxis o quimiotaxis por ejemplo. Si todos se dirigen hacia una zona común, es fácil que coincidan. ¿Y la orientación próxima? Porque supongo que en su unión no lo harían al azar, ya que podría suceder que unieran flagelo con flagelo, lo que inutiliazía a los dos, o cabeza con cabeza -por llamarle de alguna forma- que anularía los esfuerzos. Tampoco podría ser en sentidos opuestos porque se pondrían a girar y parecido para direcciones diferentes. Por tanto habrían de unirse con los flagelos en el mismo sentido y direcciones paralelas o casi. La cuestión es que parece, al menos en Volvox que forman esferas huecas por dentro -¡no va a ser por fuera!-, pero si dejan los flagelos dentro la esfera tiende a deshacerse, mientras que si quedan hacia afuera, tienden a apretar la “superficie”. Por tanto elijo esa posibilidad. Al final, una vez unidos los unicelulares los flagelos resultan inútiles y desaparecen. Todo esto a muy grandes rasgos, naturalmente.
    A lo mejor he acertado en algo.

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