A evolução para a vida multicelular

  Mulheres de Algas
Vida Multicelular

Alga verde Chlamydomonas reinhardtii crescendo em meio sólido.

pela Dra. Maria Schorpp

HComo a vida unicelular faz a transição para a vida multicelular? A equipe de pesquisa do Professor Lutz Becks no Instituto Limnológico da Universidade de Konstanz deu um grande passo à frente na explicação desse processo tão complexo. Eles foram capazes de demonstrar - em colaboração com um colega do Instituto Alfred Wegner (AWI) - que as algas verdes unicelulares Chlamydomonas reinhardtii, ao longo de apenas 500 gerações, desenvolve mutações que fornecem o primeiro passo para a vida multicelular. Isso confirmou experimentalmente uma teoria sobre a origem da vida multicelular, que afirma que a evolução dos grupos de células e as etapas subsequentes em direção à multicelularidade só podem ocorrer quando os grupos de células são melhores na reprodução e têm mais probabilidade de sobreviver do que as células isoladas. Os resultados foram publicados na edição atual da Nature Communications de 9 de julho de 2021.

Vida Multicelular

Colônias com células-filhas idênticas que não se separam após a divisão.

O experimento é baseado na teoria de que organismos multicelulares originalmente evoluíram de células únicas e, em uma primeira etapa, colônias de células-filhas idênticas se formam e não se separam após a divisão. Uma condição importante, mas até agora não testada experimentalmente, dessa teoria geral é que, a princípio, surgem colônias com maior probabilidade de sobrevivência. Em uma segunda etapa, essas colônias se desenvolvem ainda mais para aumentar a reprodução. Só então podem seguir os próximos passos para a especialização em células somáticas e germinativas. O Dr. Becks, professor de ecologia aquática e evolução, e sua equipe testaram experimentalmente as condições que causam a transição da unicelularidade para a formação de colônias.

Muito grande para predadores

Como condição para o desenvolvimento de colônias com alta probabilidade de sobrevivência e simultaneamente alta taxa de reprodução, a equipe criou pressão de seleção adicionando um predador à amostra com as células de algas, no caso um rotífero multicelular. Inicialmente, uma célula individual de algas é desprotegida contra o predador. Mutações que fazem com que as células cresçam em colônias que se unem após a divisão celular aumentam a probabilidade de sobrevivência porque os predadores não podem mais, ou pelo menos não tão facilmente, comer as colônias.

A alga Chlamydomonas reinhardtii pertence a um grupo de algas em que diferentes estágios de multicelularidade evolutiva podem ser encontrados e todos descendem de um ancestral unicelular. Conseqüentemente, foram atendidos os pré-requisitos para a observação em tempo real da evolução das colônias no experimento. Dez diferentes linhagens celulares da alga foram isoladas e cultivadas em culturas. Um predador foi adicionado a alguns, não a outros, com todas as outras condições experimentais sendo as mesmas.

Especialização celular visível no nível do genoma

Um olhar mais atento sobre as propriedades celulares evoluídas após 500 gerações revelou que as colônias cresceram significativamente mais frequentemente na mídia com predadores e tiveram uma taxa reprodutiva significativamente maior do que as colônias que cresceram sem predadores. “A distribuição dos tipos de colônias que sobrevivem e aqueles que se reproduzem rapidamente se encaixa exatamente com a teoria que testamos. Não apenas mostramos que eles existem, mas também que evoluem repetidamente sob certas condições ”, disse o Dr. Becks.

Isso não apenas confirmou a teoria subjacente, mas também provou que a etapa evolutiva aconteceu muito rapidamente. Demora cerca de meio ano para que as 500 gerações necessárias se desenvolvam. O que foi surpreendente para os cientistas foi que as adaptações evoluídas das células também eram reproduzíveis no nível do genoma. “Na verdade, esperávamos que a formação de colônias pudesse ser realizada por diferentes mecanismos nas células das algas e, portanto, encontraríamos diferentes mutações. Na verdade, vimos um nível muito alto de repetibilidade. Isso sugere que a pressão de seleção teve um efeito muito direcionado ”, diz o Dr. Becks.

 


O rotífero Brachinous calyciflorus come células únicas da alga verde Chlamydomonas reinhardtii.

O rotífero Brachinous calyciflorus tenta comer uma colônia da alga verde Chlamydomonas reinhardtii, que, no entanto, é grande demais para sua boca.

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