Um experimento repetido 600 vezes revela pistas sobre os segredos da evolução

Em um laboratório em Atlanta, milhares de células de levedura lutam por suas vidas todos os dias. As que vivem mais um dia crescem rapidamente, reproduzem-se rapidamente e formam enormes aglomerados. Ao longo de cerca de uma década, as células evoluíram para pendurar umas sobre as outras, formando formas ramificadas de flocos de neve.

Esses estranhos flocos de neve estão no centro de experimentos que investigam o que pode ter acontecido há milhões de anos, quando os organismos unicelulares convergiram e se tornaram multicelulares. Esse processo, embora desacelerado, acabou produzindo criaturas estranhas e extraordinárias, como polvos, avestruzes, hamsters e humanos.

Embora se pense que a multicelularidade evoluiu pelo menos 20 vezes na história da vida na Terra, não está claro como uma única célula deixa de ter várias células que compartilham um destino. Mas, por dentro Um artigo publicado na quarta-feira na revista Nature, os pesquisadores revelam uma pista de como as células começam a se transformar em um corpo. A equipe que produziu o fermento floco de neve descobriu que, ao longo de 3.000 gerações, os aglomerados de fermento cresceram o suficiente para serem vistos a olho nu. Ao longo do caminho, eles evoluíram de um material macio e fino para algo com a dureza da madeira.

Will Radcliffe, professor da Georgia Tech, começou a fazer experimentos com fermento durante a pós-graduação. Ele foi inspirado pelo biólogo Richard Lenski e seus colegas da Universidade de Michigan, que estudaram E. Os 12 frascos de Coley foram cultivados por mais de 75.000 gerações, documentando como a população mudou desde 1988. Poderia um estudo evolutivo do que encoraja as células a se unirem para lançar luz sobre as origens da multicelularidade? Radcliffe ficou surpreso.

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“Todas as linhagens que conhecemos sobre multicelularidade deram esse passo há centenas de milhões de anos”, disse ele. “Não temos muitas informações sobre como as células individuais formam grupos.”

Então ele montou um experimento simples. Todos os dias, ele girava células de levedura em um tubo de ensaio, recolhendo rapidamente aquelas que afundavam e as usava para aumentar a população de levedura no dia seguinte. Ele raciocinou que, se selecionasse indivíduos muito pesados ​​ou aglomerados de células, a levedura teria um incentivo para desenvolver uma maneira de se unir.

Funcionou: Em 60 dias, apareceu o fermento em flocos de neve. Quando essas leveduras se dividem, devido a uma mutação, elas não se separam completamente umas das outras. Em vez disso, eles formam estruturas ramificadas de células geneticamente idênticas. A levedura tornou-se multicelular.

Mas Flocos de Neve, Dr. Radcliffe descobriu enquanto continuava sua investigação que não parecia grande, mas teimosamente microscópica. Ele credita a Ozan Bostock, um pesquisador de pós-doutorado em seu grupo, uma descoberta envolvendo o oxigênio, ou a falta dele.

Para muitos organismos, o oxigênio atua como uma espécie de combustível de foguete. Isso facilita o acesso à energia armazenada nos açúcares.

dr. No experimento de Bostock, algumas leveduras receberam oxigênio e algumas tiveram uma mutação que as impediu de usá-lo. Ele descobriu que durante 600 transferências, os níveis de levedura sem oxigênio explodiram. Seus flocos de neve crescem e crescem, eventualmente tornando-se visíveis a olho nu. Um exame mais detalhado das estruturas revelou que as células de levedura eram muito mais longas que o normal. Os galhos cresceram emaranhados e formaram uma moita densa.

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Os cientistas acham que a densidade pode explicar por que o oxigênio era uma barreira à capacidade da levedura de crescer. Para leveduras que podem usar oxigênio, ser grande tem desvantagens significativas.

Desde que os flocos de neve sejam pequenos, as células geralmente têm igual acesso ao oxigênio. Mas em cubas grandes e densas, as células dentro de cada aglomerado foram cortadas do oxigênio.

As leveduras que não podem usar oxigênio, ao contrário, não têm nada a perder, então ficam maiores. A descoberta sugere que alimentar todas as células em um cluster é uma parte importante das compensações que um organismo enfrenta quando se torna multicelular.

Os aglomerados formados também são duros.

“A quantidade de energia necessária para quebrar essas coisas aumentou em mais de um milhão”, disse Peter Yunger, professor da Georgia Tech e coautor do artigo.

Essa força pode ser outro passo na evolução da multicelularidade, Dr. Radcliffe diz – o desenvolvimento de algo como um sistema circulatório. Se as células dentro de um grande tumor precisam de ajuda para acessar os nutrientes, um corpo forte o suficiente para direcionar o fluxo de fluido é fundamental.

“É como atirar com uma mangueira de incêndio em um aglomerado de fermento”, disse o Dr. Yunger. Se o aglomerado celular for fraco, o fluxo de nutrientes destrói cada célula antes que ela possa alimentá-la.

A equipe agora está investigando se aglomerados densos de fermento de floco de neve podem criar maneiras para que seus membros internos obtenham nutrientes. Se o fizerem, esta levedura em seus tubos de ensaio em Atlanta pode nos dizer como era anos atrás, quando seus ancestrais e muitos outros organismos ao seu redor começaram a construir corpos a partir de células.

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