Coanoflagelatele acrobatice ar putea ajuta la explicarea modului în care a evoluat multicelularitatea

Nu este mare lucru la un coanoflagelat. Dar o nouă specie a acestor organisme unicelulare, cele mai apropiate rude evolutive ale animalelor (SN: 29/07/15), ar putea oferi indicii cruciale pentru o întrebare fundamentală în biologie: cum s-au unit celulele solitare cu mult timp în urmă pentru a forma coaliții multicelulare capabile să se miște, să vâneze și să se ascundă?

Majoritatea coanoflagelaților duc vieți simple, solitare. Așadar, când biologul celular Nicole King, un investigator al Institutului Medical Howard Hughes de la Universitatea din California, Berkeley și colegii ei au descoperit sute de aceste organisme blocate împreună într-o probă prelevată dintr-un bazin de stropire de-a lungul coastei insulei Curaçao din Caraibe, au fost uimit. Celulele formau o foaie concavă, cu flagele lor asemănătoare cozii extinzându-se din partea cu cupă.

Ceea ce s-a întâmplat apoi i-a uimit pe oamenii de știință. La unison, organismele care alcătuiesc foaia s-au răsturnat într-o formă asemănătoare unei mingi, flageli minuscule zgâiindu-se spre exterior ca niște vâsle minuscule, permițând organismelor să înoate mult mai repede. În consecință, echipa a numit noua specie Choanoeca flexa.

„A fost acest comportament nebun, diferit de orice am auzit vreodată despre coanoflagelate”, spune King, „Trebuia doar să ne dăm seama cum au reușit”.

Acest comportament colectiv rezultă din acțiunile simple ale celulelor care răspund la schimbările de lumină, raportează King și colegii ei în 18 octombrie. Ştiinţă. Cercetătorii sugerează că noua specie ar putea oferi indicii despre cum a avut loc un pas cheie în evoluția animalelor. „În plus, este doar un fenomen grozav”, spune King.

William Ratcliff, un biolog evoluționist la Georgia Tech din Atlanta, care nu a fost implicat în studiu, este de acord. Deși este imposibil să ne întoarcem în timp pentru a observa cum strămoșul comun al animalelor și coanoflagelaților a evoluat în creaturi multicelulare mai complicate, spune el, „acest studiu descompune acest salt uriaș și arată cum celulele unice se pot adapta și deveni mai complexe la nivelul multicelular. nivel.”

Pentru a obține o imagine mai clară a C. flexa, Echipa lui King a adus organismele înapoi în laborator. Fiecare individ seamănă cu un fel de sferă smooshed. De la un capăt, multe proeminențe minuscule, asemănătoare unor tentacule, formează un guler care este accentuat cu un singur flagel mai lung, care se extinde dincolo de guler.

Coanoflagelatele individuale se unesc prin atingerea acestor gulere. În forma concavă, flagelii sunt îndreptați spre interior, „ceea ce ajută la hrănirea bacteriilor”, spune King. Când organismele se răstoarnă într-o sferă mai mare, flagelii indică toți spre exterior, devenind sute de palete minuscule care ajută la înot.

Exact ceea ce a declanșat C. flexaTransformarea lui a rămas un mister până când cercetătorii au observat că răsturnarea s-a oprit când organismele au fost expuse prea mult timp la lumina unui microscop. La un capriciu, King a încercat să stingă luminile, apoi să le aprindă din nou. In intuneric, C. flexa răsturnat într-o formă de minge. „Și apoi am făcut-o din nou, și am făcut-o din nou, și am făcut-o din nou, și de fiecare dată când am schimbat iluminarea, s-au răsturnat.”

Cercetătorii nu au concretizat întregul mecanism, dar au confirmat că o proteină sensibilă la lumină, cunoscută sub numele de rodopsina, joacă un rol. Iar comportamentul colectiv nu pare a fi rezultatul unei comunicări complicate între celule. Mai degrabă, rezultă dintr-o strângere sau slăbire simplă, asemănătoare unui mușchi, a anexelor gulerului fiecărui coanoflagelat. În modul foaie, gulerele tuturor celulelor sunt mai strânse, trăgând celulele într-o formă ușor în formă de cupă. Când lumina se schimbă, gulerul fiecărei celule se lărgește, forțând colectiv foaia să se răstoarne într-o sferă.

Această schimbare într-un singur coanoflagelat nu ar însemna prea mult, spune Ratcliff. Dar împreună, această simplă acțiune individuală se adaugă pentru a produce un comportament cu totul nou – înotul sau rămânerea în stare să se hrănească. „Este un exemplu frumos al modului în care grupuri simple de celule dobândesc aceste trăsături multicelulare emergente”, spune el.

King nu este sigur de ce schimbările luminii declanșează acest răspuns. Dar ea observă că o consecință a înotului mai repede în întuneric și a rămâne în lumină este aceea C. flexa tinde să se deplaseze către zone bine luminate care ar putea avea mai multă mâncare. Celulele individuale nu pot înota în mod eficient către lumină; grupuri de C. flexa poate sa.

Importanța acestui tip de schimbare a formei se extinde cu mult dincolo de coanoflagelați, spune King. Componentele cheie ale dezvoltării animalelor implică plierea țesuturilor pe măsură ce se dezvoltă un embrion. „Studiul nostru arată că mașinile celulare de bază necesare pentru acest tip de pliere precede originea animalelor”, spune ea.