En un laboratorio en Atlanta, miles de células de levadura luchan por sus vidas todos los días. Los que viven un día más crecen rápido, se reproducen rápidamente y forman grandes grupos. Durante aproximadamente una década, las células evolucionaron para colgarse una encima de la otra, formando formas de copos de nieve ramificados.
Estos extraños copos de nieve están en el centro de los experimentos que investigan lo que podría haber sucedido hace millones de años cuando los organismos unicelulares convergieron por primera vez y se convirtieron en multicelulares. Ese proceso, aunque debilitante, finalmente produjo criaturas extraordinarias y extrañas como pulpos, avestruces, hámsteres y humanos.
Aunque se cree que la multicelularidad ha evolucionado al menos 20 veces en la historia de la vida en la Tierra, no está claro cómo una sola célula pasa de tener varias células que comparten un destino. pero por dentro Un artículo publicado el miércoles en la revista Nature, los investigadores revelan una pista sobre cómo las células pueden comenzar a formar un cuerpo. El equipo que produjo la levadura de copos de nieve descubrió que durante 3000 generaciones, los grumos de levadura crecieron lo suficiente como para verse a simple vista. En el camino, evolucionaron de un material suave y delgado a algo con la dureza de la madera.
Will Radcliffe, profesor de Georgia Tech, comenzó a experimentar con la levadura mientras estaba en la escuela de posgrado. Se inspiró en el biólogo Richard Lenski y sus colegas de la Universidad de Michigan, que habían estudiado E. Los 12 viales de Coley se han cultivado durante más de 75 000 generaciones, lo que documenta cómo ha cambiado la población desde 1988. ¿Podría un estudio evolutivo de lo que anima a las células a mantenerse juntas arrojar luz sobre los orígenes de la multicelularidad? Radcliffe se sorprendió.
“Todos los linajes que conocemos sobre multicelularidad dieron este paso hace cientos de millones de años”, dijo. «No tenemos mucha información sobre cómo las células individuales forman grupos».
Así que preparó un experimento simple. Cada día, removía células de levadura en un tubo de ensayo, recogiendo rápidamente aquellas que se hundían hasta el fondo y usándolas para aumentar la población de levadura al día siguiente. Razonó que si seleccionaba individuos o grupos de células muy pesados, la levadura tendría un incentivo para desarrollar una forma de mantenerse unida.
Funcionó: Dentro de los 60 días, apareció la levadura de copo de nieve. Cuando estas levaduras se dividen, debido a una mutación, no se separan completamente unas de otras. En cambio, forman estructuras ramificadas de células genéticamente idénticas. La levadura se volvió multicelular.
Pero copos de nieve, Dr. Mientras continuaba con su investigación, Radcliffe descubrió que no parecía grande, sino obstinadamente microscópico. Le da crédito a Ozan Bostock, un investigador postdoctoral de su grupo, por un gran avance relacionado con el oxígeno, o la falta del mismo.
Para muchos organismos, el oxígeno actúa como una especie de combustible para cohetes. Esto facilita el acceso a la energía almacenada en los azúcares.
Dr. En el experimento de Bostock, algunas levaduras recibieron oxígeno y algunas tenían una mutación que les impedía usarlo. Encontró que durante 600 transferencias, los niveles de levadura libre de oxígeno explotaron. Sus copos de nieve crecen y crecen, y finalmente se vuelven visibles a simple vista. Un examen más detallado de las estructuras reveló que las células de levadura eran mucho más largas de lo normal. Las ramas se enredaron y formaron un denso grupo.
Los científicos creen que la densidad puede explicar por qué el oxígeno era una barrera para la capacidad de la levadura para crecer. Para la levadura que puede usar oxígeno, ser grande tiene desventajas significativas.
Siempre que los copos de nieve sean pequeños, las células generalmente tienen el mismo acceso al oxígeno. Pero en tanques grandes y densos, las células dentro de cada grupo estaban aisladas del oxígeno.
Las levaduras que no pueden usar oxígeno, por el contrario, no tienen nada que perder, por lo que se hacen más grandes. El hallazgo sugiere que alimentar a todas las células en un grupo es una parte importante de las compensaciones que enfrenta un organismo cuando se vuelve multicelular.
Los racimos formados también son duros.
«La cantidad de energía necesaria para romper estas cosas ha aumentado en más de un millón», dijo Peter Yunger, profesor de Georgia Tech y coautor del artículo.
Esa fuerza puede ser otro paso en la evolución de la multicelularidad, dice el Dr. Radcliffe dice: el desarrollo de algo así como un sistema circulatorio. Si las células dentro de un tumor grande necesitan ayuda para acceder a los nutrientes, un cuerpo lo suficientemente fuerte como para dirigir el flujo de líquido es fundamental.
«Es como disparar una manguera contra incendios a un grupo de levaduras», dijo el Dr. Yunger. Si el grupo celular es débil, el flujo de nutrientes destruye cada célula antes de que pueda nutrirla.
El equipo ahora está investigando si los grupos densos de levadura de copo de nieve pueden crear formas para que sus miembros internos obtengan nutrientes. Si lo hacen, esta levadura en sus tubos de ensayo en Atlanta podría contarnos cómo era hace años, cuando sus ancestros y muchos otros organismos a su alrededor comenzaron a construir cuerpos a partir de células.
