Esta transição destaca-se, principalmente, quando comparada a outras transições que ocorreram apenas uma vez na história evolutiva (como, por exemplo, o caso da origem de eucariontes), pois a multicelularidade evoluiu repetidamente várias vezes, como exemplificado pelo caso das cianobactérias filamentosas que evoluíram um tipo de multicelularidade simples cerca de 2.5 bilhões de anos atrás, e por outros grupos taxonômicos de organismos multicelulares que surgiram nos últimos 200 milhões de anos, como as algas marrons e as da família Volvocaceae de algas, evoluíram esta condição várias vezes, além, claro, das plantas, fungos e animais [2]
Um dos tópicos que mais intriga os pesquisadores neste campo da investigação científica diz respeito a como teriam evoluído os processos ontogenéticos característicos dos seres multicelulares nos quais células individuais, gametas e zigotos, fazem parte da fase inicial de cada ciclo reprodutivo [1].
Agora, um novo estudo [2], publicado na revista Nature Communications, mostra mais uma vez a importância do emprego da abordagem experimental em estudos sobre questões evolutivas deste porte e o tipo de respostas que eles podem nos fornecer [2]. Um grupo de pesquisadores liderados por William Ratcliff, pós-doutorando da Universidade de Minnesota, sob a supervisão do professor associado Michael Travisano, revelou pistas importantes sobre a evolução dos ciclos de vida nos quais os organismos alternam entre fazes uni e pluricelulares, o que fizeram ao aplicar a abordagem da evolução experimental de mod a transformar uma alga unicelular em um organismo multicelular que se reproduz dispersando células individuais [1].
“Compreender as origens da complexidade biológica é um dos maiores desafios da ciência”, disse Travisano o autor sênio do artigo [1].
O pesquisadores, William C. Ratcliff, Matthew D. Herron, Kathryn Howell, Jennifer T. Pentz, Frank Rosenzweig e Michael Travisano, submeteram populações da alga Chlamydomonas reinhardtii a condições que favorecem a multicelularidade, obtendo como resultado a evolução de um ciclo de vida multicelular em que aglomerados compostos de várias células reproduzem-se por meio de células únicas móveis [2].
Há alguns anos, Travisano e Ratcliff já haviam ganhado as machetes dos sites e de revistas de divulgação científica ao terem evoluído sistemas multicelulares a partir de leveduras (fungos unicelulares) empregando um modelo de seleção artificial semelhante ao empregado neste novo trabalho, por meio da sedimentação/assentamento preferencial. Este estudo anterior já foi alvo de postagens anteriores (“Evolução da multicelularidade em laboratório” e “Evolução da multicelularidade em laboratório II”) e é magnificamente resumido em um vídeo do próprio grupo de cientistas disponível neste site.
Com este novo estudo, entretanto, eles ampliam seu modelo anterior, desta vez usando a alga Chlamydomonas reinhardtii, conseguindo mostrar que a complexidade multicelular, incluindo o desenvolvimento a partir de uma única célula, pode evoluir de maneira muito rápida e, o mais importante, em um tipo de organismo unicelular que apesar de ser aparentado com as algas da família volvocidea, nunca teve um ancestral multicelular, refutando uma crítica comum ao estudos feitos anteriormente com leveduras (ou com outros eucariontes unicelulares de linhagens descendentes de organismos multicelulares) de que o processo teria sido uma mera reversão de potencial latente [1, 2].
Os cientistas cultivaram algas da espécie Chlamydomonas reinhardtii por várias gerações, a cada geração, selecionaram àquelas que assentavam-se mais rapidamente no fundo em um tubo de ensaio cheio de líquido.
Na 46a rodada de transferências, os pesquisadores começaram a observar de maneira mais nítida que em uma das populações submetidas ao experimento de seleção, agregados multicelulares assentava-se no fundo dos tubos de forma mais rápida do que o que ocorria nas outras 19 populações; sendo que, na 73a rodada, a diferença na velocidade de assentamento era facilmente perceptível (veja a figura abaixo). Durante o experimento pôde ser constatado que os agregados multicelulares resultantes eram mantidos juntos por uma matriz extracelular transparente, como pode ser visto em b, podendo conter centenas de células. Os cientistas também foram capazes de seguiram o crescimento de um pequeno agregado no meio líquido por meio da microscopia de lapso temporal, durante 24 horas [2].
O mais importante, entretanto, é que os agregados desenvolveram-se clonalmente por meio de células-filhas únicas, cujas células descendentes “ficavam juntas” após a mitose, como pode ser visto em e e não através da agregação de células individuais que coabitam a mesma câmara de crescimento [2].
Acima em (a) observamos os agregados multicelulares de C. reinhardtii (à esquerda) assentarem mais rapidamente do que a população contemporânea que passou pela seleção por assentamento , mas que permaneceu unicelular (à direita), formando pelotas depois de 20 min de sedimentação (as culturas mostradas têm 72 h de idade). Em (b) as células são mantidas ligadas umas as outras por uma matriz extracelular transparente, indicada pelas setas. Em (c) propágulos móveis desprendem-se dos aglomerados multicelulares (imagem de microscopia de contraste de fase); em (d) está mostrada a forma de crescimento unicelular ancestral. Os autores chamam a atenção que c e d são fenotipicamente idênticas. Em (e) podem ser observadas a formação de agregado a partir de uma única célula, o que ocorre por que elas permanecem unidas após reprodução mitótica. Todas as barras de escala são 25 um [Nature Communications 4: 2742; doi:10.1038/ncomms3742].
Esses agregados multicelulares reproduzem-se, como observado por Ratcliff e Travisano, partindo-se ativamente, liberando células individuais móveis que passam a ser multiplicar formado novos agregados multicelulares [1]. Um ponto enfatizado pelos autores do estudo é que, apesar deste gargalo genético de reprodução por meio de uma única célula durante a ontogenia ser amplamente considerado como uma adaptação para limitação do conflito entre células, seu surgimento muito rápido, nesta transição experimental, sugere que não evoluíram sob este tipo de pressão, ou seja, redução do conflito genético:
“Até agora os biólogos têm pressuposto que esse gargalo de uma única célula evoluiu bem após multicelularidade, como um mecanismo para reduzir os conflitos de interesse entre as células que compõem o organismo“, afirma Ratcliff.[1]