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- Atualizado no dia 19 de outubro de 2020 -
Há bilhões de anos, um passo evolutivo crucial foi feito para permitir o surgimento de seres cada vez mais complexos até chegarmos às plantas e aos animais: a passagem da vida unicelular para a vida multicelular. Até poucas décadas atrás, os pesquisadores não sabiam ao certo como esse processo pôde ter ocorrido, e qual o grau de dificuldade envolvido. Mas estudos em anos recentes vêm revelando cada vez mais como a multicelularidade pode ter emergido, e mostrando que o processo evolutivo foi mais fácil do que se supunha. Aliás, pesquisadores já conseguiram evoluir seres unicelulares para multicelulares em laboratório, e via intervenções equivalentes àquelas encontradas no meio natural! - Continua após o anúncio -
Organismos unicelulares coanoflagelados, por exemplo, possuem centenas de famílias de genes antes pensados serem únicos dos seres multicelulares. Por exemplo, muitas espécies desse grupo possuem genes para a produção de enzimas tirosina cinases, as quais, em animais complexos, ajudam a controlar as funções de células especializadas, como a secreção de insulina no pâncreas. Esses organismos unicelulares também possuem reguladores de crescimento celular, como o p53, um gene fortemente ligado ao desenvolvimento de cânceres nos humanos, e genes para caderinas e lectinas do tipo-C, proteínas que ajudam as células a ficarem unidas e manterem um tecido intacto. Ainda não se sabe porque esses seres unicelulares possuem tais genes, mas eles são, sem sombra de dúvidas, ótimos modelos de ancestralidade dos multicelulares. Porém, os coanoflagelados não possuem genes cruciais para a multicelularidade, incluindo fatores de transcrição como o Pax e o Sox, importantes para o desenvolvimento de animais, ou seja, inovações genéticas que provavelmente surgiram ao longo da evolução dos multicelulares. No entanto, cientistas já encontraram, por exemplo, que o protista Capsapora possui sinalizadores de
regulação genética sendo usados da mesma maneira que os animais desligam e ligam genes via mecanismos epigenéticos, incluindo a utilização de fatores de transcrição e longas cadeias de RNA que não codificam proteínas. Apesar de representarem estruturas bem mais simples de regulação - especialmente cadeias bem mais curtas -, esses seres unicelulares dão outra pista de como o início da multicelularidade ocorreu. Por outro lado, os Volvox aproveitaram essas duas funções celulares das Chlamydomonas e as dividiram em células especializadas dentro do seu corpo multicelular. Enquanto células menores sempre possuem flagelo - ajudando na captura de nutrientes e na locomoção -, células maiores não possuem flagelo e utilizam os centríolos apenas para a reprodução e de forma contínua. Assim, elas conseguem nadar e se reproduzirem ao mesmo tempo, ganhando uma grande vantagem que as possibilitam explorar novos ambientes e desafios. Esse exemplo é outra situação mostrando que a multicelularidade parece ter ocorrido de forma gradual e facilitada, aproveitando genes já pré-existentes em células unicelulares. MODELOS DE TRANSIÇÃO E não são apenas 'genes' de multicelularidade compartilhados entre organismos unicelulares e multicelulares. Existem bactérias que representam modelos notáveis de evolução da multicelularidade, expressando unicelularidade ou multicelularidade dependendo dos fatores ambientais. O desenvolvimento de multicelularidade representa uma transição evolutiva chave permitindo a diferenciação de funções fisiológicas ao longo de uma população de células que confere benefícios de sobrevivência. Entre bactérias unicelulares, o instinto de sobrevivência pode levar a complexos comportamentos de desenvolvimento e a formação de estruturas comunitárias de maior ordem. Apesar de geralmente associarmos multicelularidade com fungos, plantas e animais, fisiologia multicelular também é expressa em bactérias, com os exemplos mais estudados sendo a formação de biofilmes e corpos frutíferos. A expressão de multicelularidade nesses organismos unicelulares é outra forte evidência de como a transição evolutiva de unicelular para multicelular pode ter ocorrido. No caso, a secreção de polissacarídeos de cadeia longa são um importante mediador de multicelularidade entre as bactérias, porque servem para reter e organizar células assim como fisicamente e bioquimicamente proteger a comunidade dentro do contexto de uma matriz extracelular, aumentando portanto as chances de sobrevivência. Um dos casos mais notáveis e estudados é o da espécie Myxococcus xanthus, uma bactéria de solo capaz de alimentação saprofítica sobre produtos derivados da predação de outras bactérias (bacteriófaga) (Ref.9-11). Duas formas de motilidade são requeridas para essa complexa fisiologia: motilidade 'social' sobre superfícies macias e motilidade planar de célula-única sobre superfícies duras. Em um cenário de escassez de nutrientes, essas bactérias iniciam um ciclo de desenvolvimento resultando em agregação celular e formação de um corpo frutífero, envolvendo dezenas de milhares de indivíduos e gerando 3 subpopulações diferenciadas: (1) células que formam mixo-esporos resistentes a dissecação no centro do corpo frutífero, visando reprodução; (2) células que permanecem na base do corpo frutífero, chamadas de 'bastonetes periféricos'; e (3) células coletoras que continuam sua motilidade para longe do corpo corpo frutífero. Os corpos frutíferos, aliás, são possíveis de serem vistos a olho nu! Além de moléculas sinalizadores, o M. xanthus produz vários conhecidos polissacarídeos de cadeia longa que são centrais para esse complexo ciclo de vida e estabelecimento dos comportamentos coordenados associados à multicelularidade. O mais notável deles é o exopolissacarídeo (EPS), importante para a motilidade social e formação de biofilme, constituindo grande parte da matriz extracelular do agregado celular estático e conectando as células via uma rede de fibrilas (Ref.11). Aliás, em um estudo publicado recentemente no periódico Molecular Biology and Evolution (Ref.12), um time internacional de pesquisadores utilizou ferramentas evolucionárias para estudar o crescimento de biofilmes bacterianos e encontrou que o desenvolvimento dessas estruturas é comparável à embriogênese observada em animais. Ou seja, isso significa que bactérias são reais seres multicelulares como nós, e que os biofilmes deveriam ser vistos como indivíduos multicelulares. Ainda segundo os pesquisadores, considerando que os mais antigos fósseis conhecidos são biofilmes bacterianos e que a maioria das células existentes hoje no planeta vivem na forma de biofilme, é provável que a primeira forma de vida era também multicelular, e não seres unicelulares como tradicionalmente considerado. Para essa conclusão, os pesquisadores realizaram um sequenciamento transcriptômico e análise do perfil proteômico para estabelecer os níveis de expressão de proteínas e de transcritos para todos os genes da bactéria Bacillus subtilis durante o processo de crescimento dos biofilmes associados. Os resultados das análises identificaram a assinatura de desenvolvimento embrionário típico de eucariontes complexos, incluindo expressão de genes e progressão de estágios ontogênicos de organização estrutural similares aos observados nos embriões eucarióticos. - Continua após o anúncio - Como um pontapé inicial para que o possível processo evolutivo ocorresse, os pesquisadores selecionaram
artificialmente as maiores células ou aglomerados de células de leveduras cultivadas em laboratório através de uma centrifugação de baixa velocidade em tubos de ensaio (onde 1% do fundo após a rotação era retirado, sob a premissa de que as maiores leveduras/aglomerados assentariam primeiro no fundo dos tubos). Os complexos celulares ficaram maiores, as células de levedura se tornaram mais duráveis e mais elongadas, e um novo modo de
reprodução evoluiu via uma rudimentar forma de especialização celular. Subsequentes análises genéticas realizadas pelos pesquisadores mostraram que os novos traços de multicelularidade surgiram nesses organismos unicelulares pareciam ser uma mistura de genes já existentes sendo aproveitados para outras funções, com genes se tornando desfuncionais (como um que ajuda as células das leveduras a se separarem completamente durante a mitose). Mesmo existindo dúvidas quanto ao nível de multicelularidade alcançado pelas leveduras nesse processo evolutivo laboratorial, o
fantástico e simples experimento deixou claro que a transição de unicelular para multicelular parece ter sido mais fácil do que antes especulado pelos cientistas e possivelmente ocorreu muito mais vezes do que era estimado durante as várias divergências nas linhagens evolucionárias.
Porém, uma diferença marcante é que enquanto a S. cerevisiae evoluía complexos multicelulares isolados, o K. lactis evoluiu complexos que permitiam uma cooperação social (CT) com indivíduos ainda unicelulares no meio, fazendo com que estes também fossem selecionados durante os assentamentos via centrifugação. No entanto, os representantes multicelulares mostraram crescente prevalência e maior adaptabilidade. O novo experimento sugere que o mecanismo de CT pode ter papel crucial em certas transições evolutivas de unicelular para multicelular, complementando o mais importante mecanismo de ST. Dessa forma, mesmo biofilmes de bactérias ou colônias de microalgas, os quais apresentam somente o processo CT de formação, podem também representar modelos iniciais de transição evolutiva para a multicelularidade, não apenas um exemplo isolado de cooperação unicelular. - Continua após o anúncio -
Até poucos alguns anos atrás, os cientistas acreditavam de forma quase unânime que a atmosfera primordial no nosso planeta, por possuir pouco oxigênio (afinal, a vida fotossintética não era ainda tão abundante ), dificultava que os organismos unicelulares crescessem muito ou se aglomerassem em grandes estruturas, ou seja, as condições naquela época selecionavam a maior área
superficial possível nos seres vivos para a captura e transporte otimizados de oxigênio (células individuais). Por isso é que somente há 1 bilhão de anos grandes seres multicelulares teriam emergido para dominar o planeta. Juntos os achados argumentam contra a homologia entre animais e coanócitos de esponjas e
coanoflagelados, e a visão de que os primeiros animais multicelulares eram simplesmente bolas de células com limitada capacidade de diferenciação. Ao contrário, os resultados são consistentes com a primeira célula animal sendo capaz de transicionar entre múltiplos estados de maneira similar às modernas células-tronco e de transdiferenciação (como os arqueócitos). A conclusão do estudo também corrobora estudos prévios questionando a homologia de coanócitos e de coanoflagelados baseando-se na
estrutura celular. Durante o ciclo de vida, o diâmetro celular no geral aumentava com as sucessivas divisões celulares, acompanhando o volume crescente da massa celular individual. Porém, após uma fase inicial de palinotomia, o volume das células individuais permanecia o mesmo ao longo do desenvolvimento. Somando à similaridade do processo com a gastrulação e desenvolvimento dentro de um envelope, os pesquisadores encontraram evidência de adesão celular funcional. Essas características - indicando os primeiros passos de desenvolvimento de distintas camadas de tecidos e órgãos - fortemente sugerem uma afinidade Holozoa, e mais próxima dos metazoanos do que de outros grupos incluindo os coanoflagelados e os filastereanos. No entanto, não houve indícios de que a C. costata se desenvolvia para algo mais complexo, o que reforça sua caracterização como uma transição evolutiva, não um animal multicelular de facto. Segundo a conclusão do estudo, o investimento parental no desenvolvimento embriônico no gênero Caveasphaera pode refletir uma adaptação à natureza heterogênea dos ambientes marinhos Ediacaranos próximo das praias, onde os primeiros animais evoluíram. - Continua após o anúncio -
Quais seriam as vantagens de ser multicelular ou pluricelular com relação aos seres unicelulares?As vantagens da multicelularidade estão associadas à utilização da energia ser mais eficaz, diminuindo o metabolismo celular; o aumento de tamanho das células é favorável à competição pelo território e pelo alimento; aumenta a diversidade das formas, permitindo melhor adaptação a diferentes ambientes; e aumenta também ...
Quais são as vantagens de ser multicelular?A multicelularidade permite aos organismos lidar com alguns conflitos ao nível estrutural e funcional conferindo algumas vantagens evolutivas: maiores dimensões, mantendo-se equilibrada a relação área/volume das células para possibilitar trocas eficientes com o meio.
Quais as vantagens dos organismos pluricelulares em relação aos unicelulares em relação as funções fundamentais das células?Os organismos multicelulares, também chamados de pluricelulares, apresentam uma grande quantidade de células. As células no corpo desses organismos são mais complexas e atuam de maneira conjunta para garantir a sobrevivência de um ser.
Quais são as vantagens e desvantagem de um organismo ser unicelular ou Pluricelular?VANTAGENS: Seres Pluricelular são mais complexos, com tecidos especializados e são vulneráveis a ameaças microscópicas; DESVANTAGENS: Se adaptam facilmente a ambientes novos, e na reprodução normalmente exige dois indivíduos para a troca de material genético.
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