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Reconstructing the origins of animal multicellularity using experimental evolution

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Una investigación revela pistas sobre el dudoso momento de la aparición de la vida pluricelular

La aparición de los organismos pluricelulares constituyó una transición capital en la evolución, pero puede que fuera diferente de lo que se creía hasta ahora. Numerosas pruebas indican que la sofisticada maquinaria genética necesaria para crear formas de vida más complejas podría haber existido ya en diferentes organismos unicelulares antes de la aparición de los primeros animales pluricelulares.

Investigación fundamental

Todos los animales evolucionaron a partir de un ancestro unicelular hace millones de años. Comprender cómo la vida dio este salto espectacular desde la simplicidad unicelular a la complejidad pluricelular constituye uno de los principales rompecabezas evolutivos actuales. Los científicos no han hecho sino empezar a encontrar piezas clave sobre lo que realmente tuvo lugar en estos primeros momentos. Reconstruir hechos acontecidos en un pasado muy distante es muy difícil. Además, el ancestro unicelular de todos los animales se extinguió. «Estudios filogenómicos recientes sugieren que los coanoflagelados, los filastereanos y los ictiosporeos son los parientes unicelulares vivos más cercanos de los animales, de la misma manera que los chimpancés son los primos más cercanos de los seres humanos en el reino animal», comenta Omaya Dudin, coordinador del proyecto MULTICELLEXPEVO que recibió financiación de las Acciones Marie Skłodowska-Curie.

Organismos fascinantes pero olvidados

Omaya Dudin, beneficiario de una beca de investigación individual Marie Skłodowska-Curie, recibió una subvención Ambizione del Fondo Nacional Suizo para la Investigación Científica que le permitió crear su propio laboratorio en la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL, por sus siglas en francés). Dudin se centró específicamente en el estudio de los ictiosporeos, ya que creía que eran los que habían recibido menos atención hasta el momento. Este grupo de eucariotas unicelulares es el único linaje de los holozoos que forma cenocitos durante su ciclo vital. Un cenocito es una célula que sufre múltiples divisiones nucleares sin su correspondiente citocinesis. La célula ictiosporea, que inicialmente tiene un único núcleo, puede crecer hasta tener 128 núcleos que comparten el mismo citoplasma antes de sufrir celularización. Otra característica particular de los ictiosporeos es que sus cultivos se pueden sincronizar fácilmente, lo que implica que los científicos pueden obtener células en la misma etapa de crecimiento. «Como biólogo con experiencia en la dinámica del citoesqueleto, la primera pregunta que me planteé es cómo una célula gigante plurinucleada favorece la formación de cientos de células uninucleadas», agrega Dudin.

Redes de actina hermosas rodeadas de misterio

El investigador empleó imagenología de células vivas y células fijadas, así como inhibidores, para estudiar y localizar proteínas dentro de la célula. Para ello, utilizó «Sphaeroforma arctica» («S. arctica»), una especie de ictiosporeo que parecía más robusto y uniforme que otras especies. El equipo demostró que la celularización en «S. arctica» depende de redes de actina y miosina que generan fuerzas contráctiles dentro de las células. El núcleo de una célula se divide sucesivamente para crear una capa epitelial polarizada que, a continuación, origina múltiples células conforme la membrana plasmática sufre invaginaciones coordinadas. La formación de la red de actina en la superficie de los cenocitos dura aproximadamente nueve horas. La red experimenta una fase pluricelular transitoria mediada por los complejos Arp2/3, las forminas y la miosina II, que son esenciales para el proceso de celularización. «La regulación de estas proteínas constituye una enorme proeza del desarrollo para un organismo unicelular. Es más, el proceso de celularización permite la formación de una capa autoorganizada de células clonales», explica Dudin. «Los análisis de ARN pequeño y microARN vinculan el proceso de celularización con la expresión simultánea de genes de adhesión celular, que dan lugar a proteínas como las integrinas y las cateninas. Estas proteínas podrían tener un papel destacado en el desarrollo animal y la organización espacial de las células animales». Las repercusiones de este hallazgo son impresionantes, ya que suponen un cambio de paradigma sobre el desarrollo animal. «Si esto es realmente cierto, podría significar que la estructura de tipo epitelial que observamos en los organismos unicelulares ya existía antes de que los animales evolucionaran. Relacionar este hecho con la pregunta ¿qué fue antes, el huevo o la gallina?, podría significar que el primero fue el huevo, es decir, los mecanismos de desarrollo de la organización espacial y la diferenciación celular ya estaban presentes de alguna manera en el ancestro unicelular de todos los animales», concluye Dudin.

Palabras clave

MULTICELLEXPEVO, unicelular, pluricelular, ictiosporeos, celularización, actina, «Sphaeroforma arctica»

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