Um experimento repetido 600 vezes encontra dicas para os segredos da evolução

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Flocos de neve de levedura em um laboratório oferecem informações sobre como a vida na Terra passou de organismos unicelulares para multicelulares.

Por Veronique Greenwood

Em um laboratório em Atlanta, milhares de células de levedura lutam por suas vidas todos os dias. As que vivem mais um dia crescem mais rápido, se reproduzem mais rápido e formam as maiores touceiras. Por cerca de uma década, as células evoluíram para se pendurar umas nas outras, formando formas ramificadas de flocos de neve.

Esses estranhos flocos de neve estão no centro de experimentos que exploram o que pode ter acontecido milhões de anos atrás, quando criaturas unicelulares se uniram pela primeira vez para se tornarem multicelulares. Esse processo, por mais que tenha ocorrido, acabou resultando em organismos desajeitados e fabulosamente estranhos, como polvos, avestruzes, hamsters e humanos.

Embora se pense que a multicelularidade evoluiu pelo menos 20 vezes na história da vida na Terra, está longe de ser óbvio como os seres vivos passam de uma única célula para muitas que compartilham um destino. Mas, em um artigo publicado na quarta-feira na revista Nature, os pesquisadores revelam uma pista de como as células podem começar a se formar em um corpo. A equipe que produziu o fermento em flocos de neve descobriu que, ao longo de 3.000 gerações, os aglomerados de fermento cresceram tanto que podiam ser vistos a olho nu. Ao longo do caminho, eles evoluíram de uma substância macia e mole para algo com a dureza da madeira.

Will Ratcliff, professor da Georgia Tech, iniciou os experimentos com levedura quando estava na pós-graduação. Ele foi inspirado por Richard Lenski, um biólogo da Michigan State University, e seus colegas que cultivaram 12 frascos de E. coli por mais de 75.000 gerações, documentando desde 1988 como as populações mudaram. O Dr. Ratcliff se perguntou se um estudo de evolução encorajando as células a se unirem poderia lançar luz sobre as origens da multicelularidade.

"Todas as linhagens que conhecemos dessa multicelularidade evoluída deram esse passo há centenas de milhões de anos", disse ele. “E 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, sugava as que afundavam mais rapidamente e as usava para aumentar a população de levedura do dia seguinte. Ele raciocinou que, se selecionasse os indivíduos mais pesados ​​ou aglomerados de células, haveria um incentivo para que a levedura desenvolvesse uma maneira de se unir.

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

Mas os flocos de neve, descobriu o Dr. Ratcliff ao continuar a investigação, nunca pareciam ficar muito grandes, permanecendo teimosamente microscópicos. Ele credita a Ozan Bozdag, um pesquisador de pós-doutorado em seu grupo, uma descoberta envolvendo o oxigênio, ou a falta dele.

Para muitos organismos, o oxigênio funciona como uma espécie de combustível de foguete. Facilita o acesso à energia armazenada nos açúcares.

O Dr. Bozdag deu oxigênio a algumas leveduras no experimento e cultivou outras que tinham uma mutação que as impedia de usá-las. Ele descobriu que ao longo de 600 transferências, o fermento que não tinha oxigênio explodiu em tamanho. Seus flocos de neve cresceram e cresceram, eventualmente tornando-se visíveis a olho nu. Um exame mais detalhado das estruturas revelou que as células de levedura eram muito mais longas do que o normal. Os galhos haviam se emaranhado, formando uma densa moita.

Essa densidade pode explicar por que o oxigênio parece ter sido um impedimento para o crescimento da levedura, pensam os cientistas. Para leveduras que podem usar oxigênio, crescer tem desvantagens significativas.

Enquanto os flocos de neve permanecerem pequenos, as células geralmente terão acesso igual ao oxigênio. Mas maços grandes e densos significam que as células dentro de cada aglomerado foram cortadas do oxigênio.

As leveduras que não podiam usar oxigênio, ao contrário, não tinham nada a perder e, portanto, cresceram. A descoberta sugere que alimentar todas as células em um cluster é uma parte crucial das compensações que um organismo enfrenta à medida que se torna multicelular.