La evolución hacia la vida multicelular pudo no requerir tantas modificaciones genéticas como se pensaba hasta ahora, según sugieren nuevas investigaciones. Tal y como se explica en la revista Science, un equipo internacional de investigadores ha comparado los genomas de dos especies de alga emparentadas entre sí: el alga multicelular Volvox carteri y la unicelular Chlamydomonas reinhardtii.La vida multicelular surgió en más de una ocasión a lo largo de la evolución, tanto en animales, plantas y hongos, como en las algas marinas rojas y marrones. Sin embargo, en la mayor parte de los casos, esto ocurrió hace tanto tiempo que resulta complicado determinar qué modificaciones genéticas permitieron pasar de la vida unicelular a la multicelular.Las algas verdes volvocales son una excepción, puesto que V. carteri y C. reinhardtii divergieron de un ancestro común unicelular hace menos de 200 millones de años. V. carteri está compuesto por dos tipos de células. Por un lado, posee alrededor de dos mil células pequeñas embebidas en una matriz extracelular esférica, cada una de las cuales dispone de dos flagelos, que el organismo emplea para desplazarse. Además, debajo de esta capa se disponen dieciséis células grandes reproductivas.
Según los investigadores, el grado de divergencia entre los genomas de ambas algas es comparable al existente entre los del ser humano y el pollo.
«Esperábamos encontrar diferencias entre Volvox y Chlamydomonas en cuanto al tamaño del genoma, el número de genes o el tamaño de las familias génicas», comentó el profesor James Umen, del Instituto Salk, en Estados Unidos. «En la mayor parte de los casos, no hallamos tales diferencias.»
Es más, los dos genomas resultaron ser muy semejantes. Esto sugiere que el Volvox no necesitó desarrollar nuevas proteínas para dar el salto a la vida multicelular, sino que se valió de los recursos génicos de los que disponía.
«Este resultado fue inesperado, ya que se pensaba que la innovación proteica había tenido un papel importante en la evolución hacia la multicelularidad, tanto en las plantas como en los animales», señaló el profesor Umen.
«Si pensamos en las proteínas como si fuesen piezas de Lego, el alga Chlamydomonas tiene de por sí una gran colección. El Volvox no necesitó comprar una nueva, sino que pudo experimentar con la que había heredado de su antepasado.»
No obstante, los análisis revelaron algunas diferencias entre los genomas de ambas especies. Por ejemplo, el Volvox tiene muchos más genes de la matriz extracelular. La matriz extracelular del Volvox está emparentada con la pared celular de Chlamydomonas. Ambas se diferencian en el tamaño y la complejidad, lo que se refleja en el número y la variedad de genes para esta estructura presentes en el Volvox.
Además, el Volvox tiene posee más proteínas relacionadas con la división celular, y, aparentemente, ha adaptado algunos de sus genes para la ejecución de nuevas funciones. Por ejemplo, algunos de los genes de una familia relacionada con la construcción de la matriz extracelular han evolucionado para convertirse en hormonas que desencadenan la diferenciación sexual.
«Las comparaciones entre Volvox y Chlamydomonas que llevamos a cabo indicaron que las innovaciones surgidas a lo largo de la evolución del género Volvox no han implicado grandes cambios en el repertorio ancestral de proteínas», explican los científicos. «Esto concuerda con observaciones anteriores, que indicaban que genes ancestrales pueden ser adaptados para la realización de nuevos procesos durante la evolución.»
De cara al futuro, el equipo planea investigar la regulación génica en Volvox. Con ello, esperan esclarecer algunos de los factores determinantes para la evolución hacia la multicelularidad en estos organismos
«Esperábamos encontrar diferencias entre Volvox y Chlamydomonas en cuanto al tamaño del genoma, el número de genes o el tamaño de las familias génicas», comentó el profesor James Umen, del Instituto Salk, en Estados Unidos. «En la mayor parte de los casos, no hallamos tales diferencias.»
Es más, los dos genomas resultaron ser muy semejantes. Esto sugiere que el Volvox no necesitó desarrollar nuevas proteínas para dar el salto a la vida multicelular, sino que se valió de los recursos génicos de los que disponía.
«Este resultado fue inesperado, ya que se pensaba que la innovación proteica había tenido un papel importante en la evolución hacia la multicelularidad, tanto en las plantas como en los animales», señaló el profesor Umen.
«Si pensamos en las proteínas como si fuesen piezas de Lego, el alga Chlamydomonas tiene de por sí una gran colección. El Volvox no necesitó comprar una nueva, sino que pudo experimentar con la que había heredado de su antepasado.»
No obstante, los análisis revelaron algunas diferencias entre los genomas de ambas especies. Por ejemplo, el Volvox tiene muchos más genes de la matriz extracelular. La matriz extracelular del Volvox está emparentada con la pared celular de Chlamydomonas. Ambas se diferencian en el tamaño y la complejidad, lo que se refleja en el número y la variedad de genes para esta estructura presentes en el Volvox.
Además, el Volvox tiene posee más proteínas relacionadas con la división celular, y, aparentemente, ha adaptado algunos de sus genes para la ejecución de nuevas funciones. Por ejemplo, algunos de los genes de una familia relacionada con la construcción de la matriz extracelular han evolucionado para convertirse en hormonas que desencadenan la diferenciación sexual.
«Las comparaciones entre Volvox y Chlamydomonas que llevamos a cabo indicaron que las innovaciones surgidas a lo largo de la evolución del género Volvox no han implicado grandes cambios en el repertorio ancestral de proteínas», explican los científicos. «Esto concuerda con observaciones anteriores, que indicaban que genes ancestrales pueden ser adaptados para la realización de nuevos procesos durante la evolución.»
De cara al futuro, el equipo planea investigar la regulación génica en Volvox. Con ello, esperan esclarecer algunos de los factores determinantes para la evolución hacia la multicelularidad en estos organismos
لم يحتجِ التطور نحو الحياة متعددة الخلايا كثير من التعديلات الجينية الوراثية، كما كان يُفكّر (وليس يُعتقَدُ .. فالعلم لا يقوم على الاعتقاد بل على الافتراض والبرهنة .. ملحوظة فينيقية متواضعة!)
حتى تاريخه، وفق ابحاث حديثة جرى نشرها في مجلة Science، قارن فريق بحث دولي بين جينومي نوعين من الطحالب مُتصلي القرابة، وهما:
طحلب عديد الخلايا فولفوكس كارتيري Volvox carteri
وطحلب وحيد الخلية كلاميدوموناس راينهاردتي Chlamydomonas reinhardtii
ظهرت الحياة عديدة الخلايا في أكثر من مناسبة بطول التطور سواء عند حيوانات، نباتات وفطور، كما في الطحالب البحرية الحمراء والبنيّة.
حصل هذا منذ زمن طويل في القسم الاكبر من الاحوال، حيث يصعب تحديد أيّ التعديلات الجينية الوراثية التي قد سمحت بعبور حياة وحيدة الخلايا الى حياة عديدة الخلايا.
لكن تُشكِّل الطحالب الخضراء فولفوكس استثناءاً، فقد تفرَّع كلا النوعين فولفوكس كارتيري وكلاميدوموناس راينهاردتي من سلف مُشترك وحيد خليّة قبل 200 مليون عام تقريباً. حيث يتكوّن نوع فولفوكس من نوعي خلايا. فمن جانب يمتلك حوالي 2000 خلية صغيرة تشكل مصفوفة خليوية خارجية كروية، حيث تملك كل خلية منها سياطين يوظفهما الكائن للانتقال. بالاضافة لوجود 16 خليّة كبيرة تناسليّة تحت تلك الطبقة.
بحسب الباحثين، درجة التفرُّع بجينومي نوعي الطحالب مُماثلة لدرجة التفرُّع القائمة بين جينومي الكائن البشريّ والدجاج.
علّق جيمس أومين James Umen من معهد سالك Salk في الولايات المتحدة، قائلاً:
"كنا نأمل بالعثور على الفروقات بين هذين النوعين بناءاً على حجم الجينوم وعدد الجينات أو حجم العائلات الجينية".
ويتابع: "في أغلبية الحالات، لم نعثر على فروقات كتلك".
بل أكثر من هذا، وجدوا تشابهاً هائلاً بين الجينومين.
يُوحي هذا بأنّ نوع فولفوكس لم يحتج لتطوير بروتينات جديدة تُعطيه قفزة نحو حياة عديدة خلايا، بل استخدم الموارد الجينية التي امتلكها فقط.
أشار البروفيسور أومين إلى:
"لم تكن تلك النتيجة مُتوقعة، حيث انصبَّ التفكير على لَعِب التركيب البروتيني لدور هام في التطور نحو تعدد الخلايا، سواء عند النباتات أو عند الحيوانات".
"فيما لو يتم التفكير في البروتينات بوصفها كما لو كانت قطع لعبة Lego، فسيمتلك طحلب كلاميدوموناس راينهاردتي تشكيلة كبرى من تلك القطع. بينما لم يحتاج طحلب فولفوكس إلىتشكيلة جديدة، بل تمكَّن من اختبار ما ورثه من سلفه".
مع هذا، بيَّنت التحليلات حضور بعض الفروقات بين جينومي النوعين.
كمثال، لدى نوع فولفوكس جينات أكثر بالمصفوفة الخليوية الخارجية. تقترب المصفوفة الخليوية الخارجية لنوع فولفوكس من الجدار الخليوي لنوع كلاميدوموناس. يختلف كلاهما بالحجم والتعقيد، الامر الذي ينعكس في عدد وتنوع الجينات على مستوى البنية الحاضرة بنوع فولفوكس.
بالإضافة لامتلاك نوع فولفوكس لبروتينات أكثر وترتبط بالانقسام الخليوي، قد كيّفت بعض جيناتها لأجل تفعيل وظائف جديدة ظاهرياً. كمثال، تنتمي بعض الجينات لعائلة متصلة ببناء المصفوفة الخليوية الخارجية، وتطورت لتتحول الى هرمونات تُساهم بإحداث التمايز الجنسي.
"دفعتنا المقارنات بين النوعين إلى اعتبار أنّ التركيبات الظاهرة بطول زمن التطور بجنس فولفوكس: لم تحتج لحدوث تغيرات كبيرة في قائمة بروتينات السلف"، كما شرح الباحثون.
"يتفق هذا مع ملاحظات سابقة، أشارت إلى أنّ جينات سلف قد تكيفت لتحقيق عمليات جديدة خلال التطور".
استشرافاً للمستقبل، يخطط فريق البحث لدراسة تنظيم التعبير الجيني عند نوع فولفوكس، وبهذا، يأملون بتحديد بعض العوامل المتصلة بالتطور باتجاه تعدد الخلايا بتلك الكائنات الحيّة.
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