La viscosidad del océano y la privación de recursos podrían haber impulsado a los eucariotas a volverse multicelulares
Durante mil millones de años, los eucariotas unicelulares gobernaron el planeta. Luego, hace unos 700 millones de años, durante la Tierra Bola de Nieve (una era geológica en la que los glaciares pueden haberse extendido hasta el ecuador), surgió una nueva criatura: el organismo multicelular.
¿Por qué surgió la multicelularidad? Resolver ese misterio puede ayudar a identificar la vida en otros planetas y explicar la gran diversidad y complejidad que se observa hoy en la Tierra, desde las esponjas marinas hasta las secuoyas y la sociedad humana.
La sabiduría popular sostiene que los niveles de oxígeno tenían que alcanzar un cierto umbral para que las células individuales formaran colonias multicelulares. Pero la historia del oxígeno no explica del todo por qué los ancestros multicelulares de animales, plantas y hongos aparecieron simultáneamente, y por qué la transición a la multicelularidad tardó más de mil millones de años.
Un nuevo artículo muestra cómo las condiciones físicas específicas de la Tierra Bola de Nieve (especialmente la viscosidad del océano y la privación de recursos) podrían haber impulsado a los eucariotas a volverse multicelulares.
Imagen: Una ilustración artística de una "Tierra bola de nieve". Crédito de la imagen: NASA.
"Parece casi contradictorio que estas condiciones realmente duras, este planeta helado, pueda en realidad seleccionar organismos más grandes y complejos, en lugar de causar que las especies se extingan o reduzcan su tamaño", dice el ex investigador universitario de complejidad William Crockett del Instituto Santa Fe (SFI), autor correspondiente del artículo y estudiante de doctorado en el MIT.
Utilizando teorías de escala, los autores descubrieron que un hipotético ancestro animal primitivo (que recuerda a las algas nadadoras que comen presas en lugar de realizar la fotosíntesis) aumentaría en tamaño y complejidad bajo las presiones de la Tierra Bola de Nieve. Por el contrario, un organismo unicelular que se mueve y se alimenta por difusión, como una bacteria, se haría más pequeño.
"El mundo es diferente después de la Tierra Bola de Nieve porque hay una nueva forma de vida en el planeta. Una de las cuestiones centrales de la evolución es ¿Cómo se pasa de la nada en un planeta a cosas como nosotros y a las sociedades? ¿Es todo eso un accidente? Creemos que no es suerte: hay formas de predecir estas grandes transiciones", dice el autor principal y profesor del SFI Christopher Kempes.
El estudio muestra cómo los océanos helados durante la Tierra Bola de Nieve habrían bloqueado la luz solar, reduciendo la fotosíntesis y, por tanto, drenando el mar de nutrientes. Los organismos más grandes que procesaban más agua tenían más posibilidades de comer lo suficiente para sobrevivir. Una vez que los glaciares se derritieran, estos organismos más grandes podrían expandirse aún más.
Imagen: (a) Célula difusiva no móvil. La célula esférica absorbe todos los nutrientes en la superficie de la célula (C = 0), lo que hace que los recursos químicos (por ejemplo, glucosa) se difundan hacia la célula desde lejos (C = C∞). (b) Coanoblastula móvil. El organismo es hueco con un radio exterior a y nada a una velocidad v. La motilidad del organismo significa que viaja balísticamente en relación con su presa. Se supone que la concentración de recursos es constante (C = C∞). Crédito: Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2024). DOI: 10.1098/rspb.2023.2767
El modelo refleja las últimas investigaciones paleontológicas, basándose en el trabajo de dos coautores adicionales, el ex becario postdoctoral del SFI Omidyar, Jack Shaw, y Carl Simpson, científico de la Universidad de Colorado, Boulder.
"Nuestro estudio ofrece hipótesis sobre las características de los organismos ancestros que se pueden buscar en el registro fósil", dice Crockett.
El artículo también presenta nuevas herramientas para investigar los efectos físicos en la fisiología del organismo, una gran ayuda para futuras investigaciones.
"Ofrecemos un marco útil para que la gente interprete el pasado de la Tierra, comprenda la ecología moderna y estudie la fisiología de los organismos en el laboratorio", afirma Kempes.
La investigación se ha publicado en Proceedings of the Royal Society B: Physical constraints during Snowball Earth drive the evolution of multicellularity
