NeoFronteras

A través de una selección artificial consiguen que unas algas evolucionen desde un estilo de vida unicelular a uno multicelular.

Durante miles de millones de años la vida en la Tierra fue unicelular. Hace unos 600 millones de años empezó a producirse algo increíble y maravilloso. Empujados hacia la complejidad porque los nichos para formas de vida simples ya estaban todos ocupados, algunos seres unicelulares empezaron a cooperar entre sí y a formar formas de vida multicelulares. Fue la primera vez que apareció un atisbo de cooperación sobre la Tierra, estilo de vida que confería una ventaja a las células que lo formaban.
Para formar un ser pluricelular se debe formar un cuerpo y eso necesita de una inversión en recursos. Pero sólo unas pocas células se reproducen y pasan sus genes a la siguiente. La construcción de una estructura extracelular necesita un gasto de recursos que requiere esa cooperación. En este punto existe, por parte de algunos individuos (células en este caso), la tentación de engañar y de no cooperar. Una de las explicaciones de cómo se pudo dar algo así reside en que las células de un mismo cuerpo tienen todas los mismos genes, así que bajo el punto de vista genético no importa que sólo unas pocas se reproduzcan.
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. 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.
A los biólogos siempre les ha interesado saber cómo se puede dar un paso de este tipo. No solamente se pueden valer de los ejemplos que hay en la Naturaleza, sino que además ya pueden hacer experimentos en el laboratorio muy sofisticados. Comprender el origen de complejidad biológica es uno de los grandes retos de la ciencia.
Ahora un grupo de investigadores ha conseguido que un alga unicelular evolucione en el laboratorio hasta adoptar una forma multicelular, una forma que nunca adopta en el medio natural, ni ha adoptado en el pasado. Esta es la segunda vez que se consigue algo así, pues hace dos años el mismo grupo de investigación hizo lo mismo con células de levadura (logro que fue cubierto por NeoFronteras). Pero un alga es un ser vivo completamente diferente a la levadura y comparar cómo se da este paso en dos seres distintos puede ayuda a comprender cómo esto se dio en el pasado.
Will Ratcliff, Michael Travisano (ambos de University of Minnesota) y sus colaboradores cultivaron el alga Chlamydomonas reinhardtii en 10 cultivos distintos en tubos de ensayo. Cada tres días centrifugaban suavemente cada uno de los tubos y tomaban muestras del fondo para que se reprodujeran y dieran lugar a la siguiente generación. Con ello iban seleccionando los ejemplares más pesados y esto favorecía que se formaran agregados con más de una célula, estilo de vida que era favorecido por esta selección artificial.
Después de 73 ciclos empezaron a aparecer agregados en uno de los cultivos, que es el primer paso para formar seres multicelulares.

Analizaron estos agregados y descubrieron que las células que los componían se coordinaban a la hora de llevar a cabo los distintos pasos de su ciclo vital. Llegado un momento el agregado soltaba células que se reproducían por separado, pero las células hijas volvían a formar agregados y así sucesivamente.
Este mismo grupo de investigadores usó esta misma técnica con células de levadura hace dos años, pero los críticos señalaban que, aunque las levaduras modernas son unicelulares, descienden de un antepasado que era multicelular. De este modo, la capacidad de agregarse en ese caso no sería más que un recuerdo que se recuperaría por algún gen conservado en el tiempo.
Pero en el caso de Chlamydomonas no hay antepasados que hubieran pasado por el estadio multicelular en ningún momento pretérito.
Otra diferencia interesante entre los dos casos es que forman agregados de diferente manera. En las levaduras cada célula sigue unida a las demás durante la división celular, formando ramificaciones. En el caso del alga los agregados liberan células individuales que se reproducen y generan agregados por su cuenta.
Estos investigadores han desarrollado un modelo matemático que explica los beneficios reproductivos de generar estos agregados y su sistema de reproducción. El modelo predice que la reproducción a partir de una sola célula tiene más éxito a largo plazo. Aunque las células individuales que se reproducen tienen desventajas en su supervivencia, su mayor número asegura las siguientes generaciones.
Según Ratcliff, hasta ahora se había asumido que este cuello de botella evolutivo, en el que la reproducción se delega en células como los espermatozoides y óvulos, había aparecido como un mecanismo para reducir los conflictos de interés entre las células que forman un organismo una vez que había aparecido la multicelularidad. “En su lugar hemos encontrado que aparece al mismo tiempo que la multicelularidad. Esto tiene grandes implicaciones sobre cómo la multicelularidad compleja aparece en la Naturaleza, porque muestra que este rasgo clave, que abre la puerta a la evolución de una multicelularidad aún más compleja, puede evolucionar rápidamente”, añade Ratcliff.
Gracias a este experimento se han reordenado, por tanto, dos de los primeros pasos en el camino hacia la multicelularidad y se sabe que se pueden dar mucho rápido de lo que se había pensado.
En todo caso, estos dos casos sugieren que la multicelularidad no es un paso tan difícil de dar evolutivamente como se podía pensar y que empieza por pasos más bien sencillos. Quizás lo más complejo sea cómo estas colonias y agregados evolucionan mucho más tarde hasta formar tejidos especializados.
Este mismo grupo quiere ahora investigar el origen del desarrollo de la complejidad, o cómo los jóvenes se transforman en adultos, usando organismos multicelulares que hayan evolucionado en el laboratorio.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Levaduras evolutivas y levaduras rejuvenecidas.
Ilustraciones y fotos: Nature.