El primer caso conocido de multicelularidad ocurrió hace unos 2.500 millones de años
A los humanos les gusta pensar que ser multicelulares (y más grandes) es una clara ventaja, aun cuando el 80% de la vida en la Tierra consiste en organismos unicelulares, algunos de los cuales prosperan en condiciones letales para cualquier criatura.
De hecho, el porqué y el cómo evolucionó la vida multicelular ha intrigado a los biólogos durante mucho tiempo. El primer caso conocido de multicelularidad ocurrió hace unos 2.500 millones de años, cuando se unieron células marinas (cianobacterias) para formar colonias filamentosas. Sin embargo, no está del todo claro cómo se produjo esta transición ni qué beneficios reportó a las células.
Un estudio originado en el Laboratorio de Biología Marina (MBL) presenta un sorprendente ejemplo de organización cooperativa entre células como fuerza potencial en la evolución de la vida multicelular, basado en la dinámica de fluidos de la alimentación cooperativa de Stentor coeruleus, un organismo unicelular relativamente gigante.
"Dimos un paso atrás en la evolución, a cuando los organismos eran independientes. ¿Por qué se unieron en una colonia antes de fijar su posición relativa?", pregunta John Costello, del Providence College, autor principal del estudio y científico del Centro Whitman de la Universidad de Massachusetts (MBL), junto con el coautor Sean Colin, de la Universidad Roger Williams.
"Gran parte del trabajo sobre el origen de la vida multicelular se centra en la química. Queríamos investigar el papel de las fuerzas físicas en el proceso", afirma el autor principal, Shashank Shekhar, profesor adjunto de Física en la Universidad Emory y ex becario de Carrera Temprana del Centro Whitman en el MBL.
Vídeo: Una película de trazas de flujo que muestra las trayectorias de partículas que representan el campo de flujo de cada Stentor. La película consta de imágenes de proyección Z de máxima intensidad sobre una ventana móvil de 1,5 s. Crédito: Shekhar et al., Nature Physics, 2025.
Muchas bocas piensan mejor que una
El Stentor es un organismo unicelular con forma de trompeta que puede alcanzar los 2 mm de longitud. En su hábitat natural, estanques o lagos, el Stentor fija su extremo delgado (llamado fiador) a hojas o ramitas mientras el extremo de la trompeta se balancea libremente, creando un remolino de agua para succionar alimento, como bacterias, con su boca revestida de cilios.
En el laboratorio, los científicos observaron que cuando los Stentor se colocan en un plato con agua de estanque, forman rápidamente una colonia dinámica en la que las células en realidad no se unen entre sí, sino que sus puntos de unión se tocan entre sí en el vidrio.
Al cuantificar los flujos de fluidos, el equipo demostró que dos Stentor vecinos en una colonia pueden duplicar el caudal de agua en sus bocas, en comparación con su capacidad individual. Esto les permite absorber más presas, especialmente aquellas que nadan más rápido, creando vórtices más fuertes que barren el agua desde una mayor distancia.
Vídeo: Película de trazas de flujo que muestra las trayectorias de partículas que representan el campo de flujo resultante de un par de individuos de Stentor. La película consiste en imágenes de proyección Z de máxima intensidad sobre una ventana móvil de 0,5 s. Crédito: Shashank Shekhar, Universidad Emory
"Ella me ama, ella no me ama"
Sin embargo, el equipo descubrió que los beneficios alimenticios que obtienen dos Stentor vecinos no son iguales. El Stentor más débil se beneficia más al colaborar que el más fuerte. Y, curiosamente, muestran lo que Shekhar llama un comportamiento de "me ama, no me ama". Cuando dos Stentor balancean los extremos de sus trompetas, el flujo de fluidos aumenta, pero luego oscilan invariablemente, abriendo de nuevo sus bocas. ¿Por qué?
Para responder a esta pregunta, recurrieron al modelado matemático de la dinámica de fluidos en toda la colonia, dirigido por los coautores Hanliang Guo de la Universidad Wesleyana de Ohio y Eva Kanso de la Universidad del Sur de California.
Guo y Kanso confirmaron una "promiscuidad" en la colonia, donde los individuos cambian constantemente entre parejas vecinas. Como resultado, todas las células de una colonia de Stentor, en promedio, obtienen flujos de alimentación más fuertes.
"En una colonia, aunque parezca que un individuo se aleja de su vecino, en realidad se está acercando a otro vecino", escribe el equipo. Esto tiene sentido desde un punto de vista evolutivo, "ya que se espera que los individuos busquen la recompensa energética más favorable al asociarse con un individuo vecino que los beneficie más".
"Podrías verlos como si siempre estuvieran intentando optimizar sus ingresos", dice Costello. Y la colonia en su conjunto obtiene más alimento.
Vídeo: Una película de trazas de flujo que muestra las trayectorias de partículas que representan el campo de flujo de cada Stentor. La película consta de imágenes de proyección Z de máxima intensidad sobre una ventana móvil de 1,5 s. Crédito: Shashank Shekhar, Universidad Emory.
Solo una fase
Pero esperen. El Stentor que conocemos y apreciamos hoy no es multicelular. Las colonias que forma son efímeras; se dispersan con solo golpear la mesa del laboratorio. Si los individuos se benefician colectivamente de trabajar juntos, ¿Por qué se separan de nuevo?
Los científicos no lo saben con certeza. Pero han observado que, cuando les dan a los Stentors abundante alimento, se mantienen felices de permanecer pegados al cristal y alimentarse en colonias. Pero cuando se les quita el alimento y escasea, los Stentors se separan y comienzan a buscar alimento individualmente.
"Los humanos también lo hacemos", dice Shekhar. "Cuando abundan los recursos y las presas, colaboramos y cooperamos. Pero cuando los recursos disminuyen, cada uno tiene que hacer lo suyo".
No somos clones
En otros modelos de vida multicelular temprana, como el alga verde Volvox cateri, las células que no se dividían correctamente acababan desarrollando una matriz entre ellas, formando una colonia de células genéticamente idénticas que posteriormente se diferenciaban. Pero las efímeras colonias de Stentor no están formadas por clones, sino por individuos genéticamente distintos.
Por eso los científicos creen que su modelo Stentor precede a otros modelos de multicelularidad temprana (que se cree que evolucionó al menos 25 veces en diferentes linajes).
"Esto ocurrió mucho antes en la evolución, cuando las células individuales felices decían: 'Vale, vamos a estar juntas y beneficiarnos', pero luego volvamos a la soltería. La multicelularidad aún no era definitiva", afirma Shekhar.
Shekhar comenzó este estudio como estudiante en el curso de Fisiología MBL de 2014 con el entonces codirector del curso, Wallace Marshall, de la Universidad de California en San Francisco, un experto en Stentor.
El informe se publica en Nature Physics: Cooperative Hydrodynamics Accompany Multicellular-like Colonial Organization in the Unicellular Ciliate Stentor
