Artículo publicado el 16 de enero de 2012 en NSF
Sigue cómo los organismos unicelulares empezaron a formar cúmulos pluricelulares.
Hace más de 500 millones de años, los organismos unicelulares empezaron a formar en la Tierra cúmulos pluricelulares que finalmente se convertirían en plantas y animales.
Cómo sucedió ésto es una cuestión cuya respuesta ha esquivado a los biólogos evolutivos.
Ahora, los científicos han replicado este paso evolutivo clave en el laboratorio usando levadura de cerveza común, un organismo unicelular.
Levadura de cerveza
La levadura “evolucionó” hacia cúmulos pluricelulares que trabajaban juntos de forma cooperativa, se reproducían y se adaptaban al entorno – básicamente, se convirtieron el precursores de la vida en la Tierra como la vemos en la actualidad.
Los resultados se publican en el ejemplar de esta semana de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
“El hallazgo de que la división de tareas evoluciona tan rápida y repetidamente en estos cúmulos “copos de nieve” es una gran sorpresa”, George Gilchrist, vicedirector de división en funciones de la División de Biología Ambiental de la Fundación Nacional de Ciencia, que patrocinó el estudio.
“El primer paso hacia la complejidad pluricelular parece ser un obstáculo evolutivo menor de lo que sugiere la teoría”, dice Gilchrist. “Esto estimulará una gran cantidad de preguntas a investigar”.
Todo empezó hace dos años con un comentario casual durante el café, sobre que salvar el hueco de la pluricelularidad sería “una de las cosas más geniales que podríamos hacer”, recuerdan Will Ratcliff y Michael Travisano, científicos de la Universidad de Minnesota (UMN) y autores del artículo de PNAS.
Otros autores del artículo son Ford Denison y Mark Borrello de la UMN.
Luego llegó la gran sorpresa: no era tan difícil.
Usando células de levadura, medios de cultivo y una centrifugadora, los científicos sólo necesitaron un experimento llevado a cabo durante aproximadamente 60 días.
“No creo que nadie lo hubiese intentado antes”, dice Ratcliff. No hay muchos científicos haciendo evolución experimental, y están tratando de responder preguntas sobre la evolución, no de recrearla”.
Los resultados han recibido elogios de biólogos evolutivos de todo el mundo.
“Para comprender por qué el mundo está lleno de plantas y animales, incluyendo a los humanos, tenemos que saber cómo los organismos unicelulares cambiaron a vivir en grupo, como organismos pluricelulares”, dice Sam Scheiner, director del programa de la División de Biología Ambiental en la NSF.
“Este estudio es el primero en observar experimentalmente esta transición”, dice Scheiner, “proporcionando una visión de un evento que tuvo lugar hace cientos de millones de años”.
Básicamente, así es como funciona el experimento:
Los científicos eligieron la levadura de cerveza, o Saccharomyces cerevisiae, una especie de levadura usada desde tiempos remotos para hacer pan y cerveza, debido a que es abundante en la naturaleza y crece con facilidad.
Añadieron medios de cultivo ricos en nutrientes y dejaron que las células creciesen durante un día en tubos de ensayo.
Luego usaron una centrifugadora para estratificar el contenido por peso.
Cuando se asentó la mezcla, los cúmulos de células cayeron al fondo de los tubos más rápidamente debido a que eran más pesados. Los biólogos eliminaron entonces los cúmulos, los transfirieron a medios nuevos, y los volvieron a agitar.
Sesenta ciclos más tarde, los cúmulos – ahora centenares de células – tenían el aspecto de copos de nieve esféricos.
Los análisis mostraron que los cúmulos no eran simples agrupaciones aleatorias de células que se adherían entre sí, sino que las células relacionadas permanecían unidas tras la división celular.
Esto es significativo debido a que indica que eran genéticamente similares, lo que promueve la cooperación. Cuando los cúmulos alcanzaban un tamaño crítico, algunas células morían en un proceso conocido como apoptosis para permitir que la descendencia se separase.
La descendencia se reproducía sólo después de haber logrado el tamaño de sus padres.
“Un cúmulo solo no es pluricelular”, dice Ratcliff. “Pero cuando las células de un cúmulo cooperan, hacen sacrificios por el bien común, y se adaptan a los cambios, hay una transición evolutiva hacia la pluricelularidad”.
Para que se formen organismos pluricelulares, la mayor parte de las células tienen que sacrificar su capacidad de reproducirse, una acción altruista que favorece al conjunto, pero no al individuo, señala Ratcliff.
Por ejemplo, todas las células del cuerpo humano son, básicamente, sistemas de soporte que permiten que el esperma y los óvulos pasen el ADN a la siguiente generación.
Por tanto, la pluricelularidad es, por naturaleza, muy cooperativa.
“Algunos de los mejores competidores de la naturaleza son aquellos que se unen en cooperación, y nuestro experimento confirma esto”, dice Travisano.
Los biólogos evolutivos han estimado que la pluricelularidad evolucionó de forma independientes en unos 25 grupos.
Travisano y Ratcliff se preguntan por qué no evolucionaron más a menudo, dado que no es difícil recrearlo en el laboratorio.
Considerando que en la Tierra vivieron billones de organismos unicelulares durante millones de años, parece probable que sucediera, comenta Ratcliff.
Ésta puede ser una pregunta que los biólogos responderán en el futuro usando el registro fósil de miles de generaciones de cúmulos pluricelulares, que están almacenados en un congelador del laboratorio de Travisano.
Dado que las muestras congeladas contienen múltiples líneas celulares que se convierten de forma independiente en pluricelulares, los investigadores pueden compararlas para aprender si distintos o similares mecanismos y genes fueron los responsables en cada caso, dice Travisano.
Los siguientes pasos serán observar el papel de la pluricelularidad en el cáncer, envejecimiento y otras áreas críticas de la biología.
“Las levaduras pluricelulares son un valioso recurso para investigar una amplia variedad de temas de importancia biológica y médica”, señala Travisano.
“El cáncer se describió recientemente como un atavismo procedente del origen de la pluricelularidad, que puede investigarse directamente con el sistema de levaduras.
De forma similar, los orígenes del envejecimiento, desarrollo y evolución de morfologías complejas están abiertas a la investigación experimental directa que, de otro modo, sería difícil o imposible”.
AstronomiaArribas
Sigue cómo los organismos unicelulares empezaron a formar cúmulos pluricelulares.
Hace más de 500 millones de años, los organismos unicelulares empezaron a formar en la Tierra cúmulos pluricelulares que finalmente se convertirían en plantas y animales.
Cómo sucedió ésto es una cuestión cuya respuesta ha esquivado a los biólogos evolutivos.
Ahora, los científicos han replicado este paso evolutivo clave en el laboratorio usando levadura de cerveza común, un organismo unicelular.
Levadura de cerveza
La levadura “evolucionó” hacia cúmulos pluricelulares que trabajaban juntos de forma cooperativa, se reproducían y se adaptaban al entorno – básicamente, se convirtieron el precursores de la vida en la Tierra como la vemos en la actualidad.
Los resultados se publican en el ejemplar de esta semana de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
“El hallazgo de que la división de tareas evoluciona tan rápida y repetidamente en estos cúmulos “copos de nieve” es una gran sorpresa”, George Gilchrist, vicedirector de división en funciones de la División de Biología Ambiental de la Fundación Nacional de Ciencia, que patrocinó el estudio.
“El primer paso hacia la complejidad pluricelular parece ser un obstáculo evolutivo menor de lo que sugiere la teoría”, dice Gilchrist. “Esto estimulará una gran cantidad de preguntas a investigar”.
Todo empezó hace dos años con un comentario casual durante el café, sobre que salvar el hueco de la pluricelularidad sería “una de las cosas más geniales que podríamos hacer”, recuerdan Will Ratcliff y Michael Travisano, científicos de la Universidad de Minnesota (UMN) y autores del artículo de PNAS.
Otros autores del artículo son Ford Denison y Mark Borrello de la UMN.
Luego llegó la gran sorpresa: no era tan difícil.
Usando células de levadura, medios de cultivo y una centrifugadora, los científicos sólo necesitaron un experimento llevado a cabo durante aproximadamente 60 días.
“No creo que nadie lo hubiese intentado antes”, dice Ratcliff. No hay muchos científicos haciendo evolución experimental, y están tratando de responder preguntas sobre la evolución, no de recrearla”.
Los resultados han recibido elogios de biólogos evolutivos de todo el mundo.
“Para comprender por qué el mundo está lleno de plantas y animales, incluyendo a los humanos, tenemos que saber cómo los organismos unicelulares cambiaron a vivir en grupo, como organismos pluricelulares”, dice Sam Scheiner, director del programa de la División de Biología Ambiental en la NSF.
“Este estudio es el primero en observar experimentalmente esta transición”, dice Scheiner, “proporcionando una visión de un evento que tuvo lugar hace cientos de millones de años”.
Básicamente, así es como funciona el experimento:
Los científicos eligieron la levadura de cerveza, o Saccharomyces cerevisiae, una especie de levadura usada desde tiempos remotos para hacer pan y cerveza, debido a que es abundante en la naturaleza y crece con facilidad.
Añadieron medios de cultivo ricos en nutrientes y dejaron que las células creciesen durante un día en tubos de ensayo.
Luego usaron una centrifugadora para estratificar el contenido por peso.
Cuando se asentó la mezcla, los cúmulos de células cayeron al fondo de los tubos más rápidamente debido a que eran más pesados. Los biólogos eliminaron entonces los cúmulos, los transfirieron a medios nuevos, y los volvieron a agitar.
Sesenta ciclos más tarde, los cúmulos – ahora centenares de células – tenían el aspecto de copos de nieve esféricos.
Los análisis mostraron que los cúmulos no eran simples agrupaciones aleatorias de células que se adherían entre sí, sino que las células relacionadas permanecían unidas tras la división celular.
Esto es significativo debido a que indica que eran genéticamente similares, lo que promueve la cooperación. Cuando los cúmulos alcanzaban un tamaño crítico, algunas células morían en un proceso conocido como apoptosis para permitir que la descendencia se separase.
La descendencia se reproducía sólo después de haber logrado el tamaño de sus padres.
“Un cúmulo solo no es pluricelular”, dice Ratcliff. “Pero cuando las células de un cúmulo cooperan, hacen sacrificios por el bien común, y se adaptan a los cambios, hay una transición evolutiva hacia la pluricelularidad”.
Para que se formen organismos pluricelulares, la mayor parte de las células tienen que sacrificar su capacidad de reproducirse, una acción altruista que favorece al conjunto, pero no al individuo, señala Ratcliff.
Por ejemplo, todas las células del cuerpo humano son, básicamente, sistemas de soporte que permiten que el esperma y los óvulos pasen el ADN a la siguiente generación.
Por tanto, la pluricelularidad es, por naturaleza, muy cooperativa.
“Algunos de los mejores competidores de la naturaleza son aquellos que se unen en cooperación, y nuestro experimento confirma esto”, dice Travisano.
Los biólogos evolutivos han estimado que la pluricelularidad evolucionó de forma independientes en unos 25 grupos.
Travisano y Ratcliff se preguntan por qué no evolucionaron más a menudo, dado que no es difícil recrearlo en el laboratorio.
Considerando que en la Tierra vivieron billones de organismos unicelulares durante millones de años, parece probable que sucediera, comenta Ratcliff.
Ésta puede ser una pregunta que los biólogos responderán en el futuro usando el registro fósil de miles de generaciones de cúmulos pluricelulares, que están almacenados en un congelador del laboratorio de Travisano.
Dado que las muestras congeladas contienen múltiples líneas celulares que se convierten de forma independiente en pluricelulares, los investigadores pueden compararlas para aprender si distintos o similares mecanismos y genes fueron los responsables en cada caso, dice Travisano.
Los siguientes pasos serán observar el papel de la pluricelularidad en el cáncer, envejecimiento y otras áreas críticas de la biología.
“Las levaduras pluricelulares son un valioso recurso para investigar una amplia variedad de temas de importancia biológica y médica”, señala Travisano.
“El cáncer se describió recientemente como un atavismo procedente del origen de la pluricelularidad, que puede investigarse directamente con el sistema de levaduras.
De forma similar, los orígenes del envejecimiento, desarrollo y evolución de morfologías complejas están abiertas a la investigación experimental directa que, de otro modo, sería difícil o imposible”.
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