Como evoluiu a vida multicelular?

Como evoluiu a vida multicelular?

Os cientistas estão a descobrir formas como as células individuais podem ter evoluído traços que abriram o caminho para a vida multicelular.


Estas descobertas podem lançar luz sobre como a vida extraterrestre complexa pode evoluir em mundos alienígenas. Os pesquisadores detalharam esses achados na edição de 24 de outubro da revista Science.


Os primeiros organismos unicelulares conhecidos apareceram na Terra há cerca de 3,5 bilhões de anos, cerca de um bilhão de anos depois da formação da Terra. As formas mais complexas de vida apareceram muito mais tarde, com os primeiros animais multicelulares a aparecerem só há cerca de 600 milhões de anos.

A evolução da vida multicelular a partir de micróbios unicelulares mais simples foi um momento crucial na história da biologia da Terra e reformulou drasticamente a ecologia do planeta. No entanto, um mistério sobre organismos multicelulares é a razão pela qual as células não regressaram novamente à vida unicelular.

"A vida unicelular é claramente um sucesso - os organismos unicelulares são muito mais abundantes do que os multicelulares, e têm uma vida pelo menos 2 bilhões de anos mais longa", disse Eric Libby, biólogo matemático do Instituto Santa Fé, no Novo México e principal autor do estudo. "Então, qual é a vantagem de se ser multicelular e permanecer desse jeito?"


A resposta a esta pergunta geralmente passa por considerar a cooperação, uma vez que as células beneficiam mais em trabalhar em conjunto do que ao viver sozinhas. No entanto, em cenários de cooperação, há constantemente tentadoras oportunidades "para as células se esquivarem das suas funções - isto é, enganarem", disse Libby.

"Como exemplo, considere uma colónia de formigas, onde apenas a rainha está a pôr ovos e os trabalhadores, que não se podem reproduzir, devem sacrificar-se pela colónia", disse Libby. "O que impede o trabalhador formiga de sair da colónia e formar uma nova colônia? Bem, obviamente, o trabalhador formiga não se pode reproduzir, por isso não pode iniciar a sua própria colônia".

"Mas se ele tiver uma mutação que lhe permitir fazer isso, então isso seria um problema real para a colónia. Este tipo de luta é prevalente na evolução da multicelularidade porque os primeiros organismos multicelulares eram apenas uma mutação", acrescenta Libby.

As experiências têm mostrado que um grupo de micróbios que segregam moléculas úteis a todos os membros do grupo podem beneficiar e crescer mais rapidamente do que os grupos que não o fazem. Mas dentro desse grupo, aproveitadores que não gastam recursos ou energia para segregar estas moléculas crescem mais rapidamente.


Outro exemplo de células que crescem de uma forma que prejudica outros membros dos seus grupos são as células cancerígenas, que são um problema em potencial para todos os organismos multicelulares. De fato, muitos organismos multicelulares primitivos provavelmente experimentaram estados tanto unicelulares como pluricelulares, oferecendo oportunidades para renunciar ao estilo de vida em grupo.

Por exemplo, a bactéria Pseudomonas fluorescens rapidamente evolui para gerar esteiras multicelulares em superfícies para obter um melhor acesso ao oxigénio. No entanto, uma vez que uma esteira se forma, fraudes unicelulares têm um incentivo para não produzir a cola responsável pela formação da esteira e, em última análise, levam à destruição da esteira.

Para resolver o mistério de como a vida multicelular persistiu, os cientistas estão a sugerir o que eles chamam de "mecanismos de catraca". As catracas são dispositivos que permitem o movimento em apenas uma direção. Por analogia, os mecanismos de catraca são características que proporcionam benefícios num contexto de grupo, mas são prejudiciais para os solitários.

Em geral, quanto mais uma característica torna as células de um grupo mutuamente dependentes, mais serve como catraca. Por exemplo, grupos de células podem dividir o trabalho de modo a que algumas células produzam uma molécula vital enquanto as outras células produzem um composto essencial diferente, portanto, as células estão melhor juntas do que separadas.

A catraca também pode explicar a simbiose entre micróbios antigos que levaram a simbiontes que vivem no interior das células, como as mitocôndrias e os cloroplastos que respectivamente ajudam os seus hospedeiros a fazer uso do oxigénio e da luz solar.

Os organismos unicelulares conhecidos como Paramecia passam mal quando experimentalmente se derivam de simbiontes fotossintéticos, e por sua vez, os simbiontes normalmente perdem genes que são necessários à vida fora dos seus anfitriões. Estes mecanismos de catraca podem levar a resultados aparentemente sem sentido.

Por exemplo, a apoptose, ou morte celular programada, é um processo pelo qual uma célula sofre essencialmente suicídio. No entanto, as experiências mostram que as taxas mais elevadas de apoptose podem realmente ter benefícios. Em grandes aglomerados de células de levedura, as células em apoptose atuam como elos fracos cuja morte permite a pequenos aglomerados de células de levedura se libertarem e irem para outros lugares onde podem ter mais espaço e nutrientes para crescer.

"Esta vantagem não funciona para células individuais, o que significava que qualquer célula que abandone o grupo irá sofrer uma desvantagem", disse Libby. "Este trabalho mostra que uma célula viva num grupo pode experimentar um ambiente fundamentalmente diferente do que a vida celular por conta própria. O ambiente pode ser tão diferente que os traços desastrosos para um organismo solitário, como o aumento das taxas de morte, podem tornar-se vantajosas para células num grupo".

Relativamente à implicação destes resultados na busca de vida alienígena, Libby acredita que esta pesquisa sugere que o comportamento extraterrestre pode parecer estranho, até se compreender melhor que um organismo possa ser um membro de um grupo. "Organismos em comunidades podem adotar comportamentos que parecem bizarros ou contra-intuitivos, sem a devida consideração do seu contexto comunitário", disse Libby. [Space]
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