Acrobáticos coanoflagelados podrían ayudar a explicar cómo evolucionó la multicelularidad

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coanoflagelados

Una nueva especie unicelular forma grupos de múltiples individuos que cambian de forma

No hay mucho en un coanoflagelado. Pero una nueva especie de estos organismos unicelulares, los parientes evolutivos más cercanos de los animales, podría proporcionar pistas cruciales para una pregunta fundamental en biología: ¿Cómo se unieron las células solitarias hace mucho tiempo para formar coaliciones multicelulares capaces de moverse, cazar y esconderse?

La mayoría de los coanoflagelados viven vidas simples y solitarias. Entonces, cuando la bióloga celular Nicole King, investigadora del Instituto Médico Howard Hughes de la Universidad de California, Berkeley y sus colegas descubrieron cientos de estos organismos encerrados en una muestra tomada de un charco a lo largo de la costa de la isla caribeña de Curazao, estaban sorprendidos. Las células formaban una hoja cóncava, con sus flagelos en forma de cola que se extendían desde el lado ahuecado.

Lo que sucedió después sorprendió a los científicos. Al unísono, los organismos que componían la hoja se invirtieron en forma de bola, flagelos diminutos que se agitaban hacia afuera como pequeños remos, lo que permite que los organismos naden mucho más rápidamente. En consecuencia, el equipo denominó la nueva especie Choanoeca flexa.

"Fue este loco comportamiento diferente a todo lo que habíamos escuchado en los coanoflagelados", dice King, "solo teníamos que descubrir cómo lo lograban".

En este vídeo la vida abunda en agua recién recolectada de un charco alimentado por rocío del océano en Curazao. Los dinoflagelados más pequeños, de forma ovalada, se deslizan a medida que las colonias de coanoflagelados C. flexa se enrollan en bolas, luego se convierten en hojas:

Este comportamiento colectivo surge de las acciones simples de las células que responden a los cambios de luz, informan King y sus colegas en la revista Science del 18 de octubre. Los investigadores sugieren que la nueva especie podría ofrecer pistas sobre cómo ocurrió un paso clave en la evolución animal. "Además, es un fenómeno realmente genial", dice King.

William Ratcliff, un biólogo evolutivo de Georgia Tech en Atlanta que no participó en el estudio, está de acuerdo. Si bien es imposible retroceder en el tiempo para observar cómo el ancestro común de animales y coanoflagelados evolucionó en criaturas multicelulares más complicadas, dice, "este estudio analiza este gran salto y muestra cómo las células individuales pueden adaptarse y volverse más complejas a nivel multicelular".

Para tener una idea más clara del C. flexa, el equipo de King trajo los organismos de vuelta al laboratorio. Cada individuo se asemeja a una especie de esfera suavizada. Desde un extremo, muchas protuberancias diminutas en forma de tentáculo forman un collar acentuado con un solo flagelo más largo que se extiende más allá del collar.

Coanoflagelados individuales se unen al tocar estos collares. En la forma cóncava, todos los flagelos apuntan hacia adentro, "lo que ayuda a alimentarse de bacterias", dice King. Cuando los organismos se vuelven más en una esfera, todos los flagelos apuntan hacia afuera, convirtiéndose en cientos de pequeñas paletas que ayudan a nadar.

Pequeños acróbatas

Choanoeca flexa, una nueva especie de microbios unicelulares llamados coanoflagelados, se aglomeran para formar grupos de muchos individuos. Los organismos forman una forma de bola con sus flagelos en forma de cola apuntando para ayudarlos a nadar, pero pueden cambiar rápidamente a una forma de sábana relajada con sus flagelos apuntando hacia adentro cuando se alimentan. Este vídeo (a una velocidad aproximada de 2x) muestra que C. flexa está pasando del modo de natación al modo de alimentación.

Exactamente lo que desencadenó la transformación de C. flexa siguió siendo un misterio hasta que los investigadores notaron que el volteo se detuvo cuando los organismos estuvieron expuestos a la luz de un microscopio durante demasiado tiempo. Por un capricho, King intentó apagar las luces y luego volver a encenderlas. En la oscuridad, C. flexa se invierte en forma de bola. "Y luego lo hicimos de nuevo, y lo hicimos de nuevo, y lo hicimos de nuevo, y cada vez que cambiamos la iluminación, se voltearon".

Los investigadores no han desarrollado el mecanismo completo, pero han confirmado que juega un importante papel una proteína sensible a la luz conocida como rodopsina. Y el comportamiento colectivo no parece ser el resultado de una comunicación complicada entre las células. Por el contrario, se deriva de un simple apriete o aflojamiento muscular de los apéndices del cuello de cada coanoflagelado. En el modo de hoja, los collares de todas las células están más apretados, y las células adquieren una forma ligeramente ahuecada. Cuando la luz cambia, el collar de cada célula se ensancha, forzando colectivamente que la hoja se invierta en una esfera.

Ratcliff dice que este cambio en un solo coanoflagelado no equivaldría a mucho. Pero, en conjunto, esta simple acción individual se suma para producir un comportamiento completamente nuevo: nadar o quedarse para alimentarse. "Es un hermoso ejemplo de cómo los grupos simples de células obtienen estos rasgos multicelulares emergentes", dice.

King no está segura de por qué los cambios en la luz desencadenan esta respuesta. Pero ella señala que una consecuencia de nadar más rápido en la oscuridad y permanecer en la luz es que C. flexa tiende a moverse hacia áreas bien iluminadas que podrían tener más comida. Las células individuales no pueden nadar efectivamente hacia la luz; grupos de C. flexa si.

King dice que la importancia de este tipo de cambio de forma se extiende mucho más allá de los coanoflagelados. Los componentes clave del desarrollo animal implican el plegamiento de tejidos a medida que se desarrolla un embrión. "Nuestro estudio muestra que la maquinaria celular básica necesaria para este tipo de plegado es anterior al origen de los animales", dice ella.

Artículo científico: Light-regulated collective contractility in a multicellular choanoflagellate

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