SHASHANK SHEKHAR, EMORY UNIVERSITY.
MADRID 1 abr. (EUROPA PRESS) -
Um estudo do Marine Biology Laboratory (MBL) apresenta um exemplo impressionante de organização cooperativa entre células como uma força potencial na evolução da vida multicelular.
Por que e como a vida multicelular evoluiu há muito tempo intriga os biólogos. O primeiro exemplo conhecido de multicelularidade ocorreu há cerca de 2,5 bilhões de anos, quando células marinhas (cianobactérias) se uniram para formar colônias filamentosas. No entanto, não está totalmente claro como essa transição ocorreu ou quais benefícios ela trouxe para as células.
Com base na dinâmica de fluidos da alimentação cooperativa no stentorium, um organismo unicelular relativamente gigante, o novo estudo foi publicado na Nature Physics.
"Demos um passo atrás na evolução para uma época em que os organismos eram independentes - por que eles se juntaram em uma colônia antes de fixar sua posição relativa?", pergunta John Costello, do Providence College, principal autor do estudo e cientista do Whitman Center do MBL, juntamente com o coautor Sean Colin, da Roger Williams University, em um comunicado.
QUÍMICA... E FÍSICA
"Grande parte do trabalho sobre a origem da vida multicelular se concentra na química. Queríamos investigar o papel das forças físicas no processo", diz o autor principal, Shashank Shekhar, professor assistente de física da Universidade de Emory e ex-beneficiário da bolsa de estudos para início de carreira do Centro Whitman do MBL.
O stentorium é um organismo unicelular, em forma de trombeta, que pode atingir 2 mm de comprimento. Em seu habitat natural, lagoas ou lagos, o estentório prende sua extremidade delgada (chamada de fixador) a folhas ou galhos, enquanto a extremidade em forma de trombeta gira livremente, criando um vórtice de água para sugar alimentos, como bactérias, com sua boca revestida de cílios.
No laboratório, os cientistas observaram que, quando colocados em um recipiente com água do lago, os stentoriums formam rapidamente uma colônia dinâmica em que as células não se unem, mas seus fixadores se tocam contra o vidro.
Ao quantificar os fluxos de fluido, a equipe mostrou que dois estentores vizinhos em uma colônia podem dobrar o fluxo de água em suas bocas, em comparação com sua capacidade individual. Isso permite que eles suguem mais presas, mesmo as que nadam mais rápido, criando vórtices mais fortes que varrem a água a uma distância maior.
No entanto, a equipe descobriu que os benefícios de alimentação para dois estentorianos vizinhos não são iguais. O mais fraco se beneficia mais com a formação de equipes do que o mais forte. E, curiosamente, eles exibem o que Shekhar chama de comportamento "me quer, não me quer". Quando dois estentorianos em um par balançam as extremidades de suas trombetas, o fluxo de fluido aumenta, mas depois eles invariavelmente voltam a balançar, abrindo suas bocas novamente. Por quê?
Para responder a essa pergunta, eles recorreram a modelos matemáticos de dinâmica de fluidos em toda a colônia, liderados pelos coautores Hanliang Guo, da Ohio Wesleyan University, e Eva Kanso, da University of Southern California.
Guo e Kanso confirmaram uma "promiscuidade" na colônia, em que os indivíduos alternam constantemente entre pares vizinhos. O resultado é que todas as células em uma colônia de stentor, em média, recebem fluxos de alimentação mais fortes.
"Em uma colônia, embora um indivíduo possa parecer estar se afastando de um vizinho, na verdade ele está se movendo em direção a outro", escreve a equipe. Isso faz sentido do ponto de vista evolutivo, pois espera-se que os indivíduos busquem o maior ganho energético associando-se a um indivíduo vizinho que os beneficie mais.
"Podemos pensar neles como se estivessem sempre tentando otimizar sua renda", diz Costello. E a colônia como um todo obtém mais alimentos.
Mas o stentor não é multicelular. As colônias que ele forma são efêmeras; elas se dispersam apenas ao chegar à bancada do laboratório. Se os indivíduos se beneficiam coletivamente ao trabalharem juntos, por que eles se separam novamente?
Os cientistas não sabem ao certo. Mas eles observaram que, quando recebem bastante alimento, eles ficam juntos e se alimentam em colônias. Mas quando o alimento é retirado e se torna escasso, eles se separam e passam a se alimentar individualmente.
"Os seres humanos também fazem isso", diz Shekhar. Quando os recursos e as presas são abundantes, colaboramos e cooperamos. Mas quando os recursos diminuem, cada um de nós tem suas próprias opções.
ELES NÃO SÃO CLONES
Em outros modelos de vida multicelular primitiva, como a alga verde Volvox cateri, as células que não conseguiram se dividir adequadamente acabaram desenvolvendo uma matriz entre elas, formando uma colônia de células geneticamente idênticas que posteriormente se diferenciaram. Mas as colônias de stentor de vida curta não são formadas por clones, mas por indivíduos geneticamente distintos.
Dessa forma, os cientistas acreditam que seu modelo precede outros modelos de multicelularidade inicial (que se acredita ter evoluído pelo menos 25 vezes em diferentes linhagens).
"Isso acontece muito antes, em um estágio evolutivo muito inicial, quando células individuais felizes diziam: 'OK, vamos nos unir e nos beneficiar', mas depois vamos voltar à solteirice. A multicelularidade ainda não era definitiva", diz Shekhar.
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