El origen de los animales: ¿cómo se pasó de tener una célula a tener muchas?

La especie humana se separó del linaje que dio lugar al chimpancé y al bonobo hace unos 7 millones de años, y del linaje del gorila, hace 10. La familia de los homínidos tiene su origen hace en torno a 20 millones de años, y los primeros primates surgieron, probablemente, hace más de 60 millones de años. Si seguimos hacia atrás, los primeros mamíferos vivieron hace unos 200 millones de años; los primeros tetrápodos, hace 360; y los primeros vertebrados surgieron durante la gran explosión evolutiva del Cámbrico, hace unos 530 millones de años.

Los animales antes del Cámbrico

Incluso con mayores o menores lagunas de conocimiento, la historia de los animales desde hoy hasta la radiación del Cámbrico está bastante clara. Pero fue en ese momento cuando surgieron los primeros esqueletos y conchas. La fauna anterior a este período tenía los cuerpos blandos, lo que dificulta la fosilización. De ahí que sobre la fauna del Precámbrico haya más dudas que certezas.

Se sabe, gracias a los pocos restos fósiles disponibles, que antes de la radiación cámbrica hubo una población de fauna, la llamada fauna ediacárica. Además de organismos que no se parecen en nada a ninguna criatura actual, se supone que en esta época tienen su origen algunos de los animales más primitivos que conocemos, como los cnidarios —corales, anémonas y medusas— o las esponjas.

De hecho, el fósil de animal más antiguo conocido, Otavia, se atribuye a una esponja, que fue encontrado en un estrato de unos 760 millones de años de antigüedad. No obstante, los relojes moleculares indican que el origen de los animales ha de estar unos 90 millones de años antes, durante la glaciación del período Criogénico. Pero, ¿qué es lo que sucedió hace 850 millones de años? ¿Cómo surgieron los primeros animales? ¿Cómo se pasó de tener una sola célula, a tener muchas?

La hipótesis colonial

Ante la ausencia de registros fósiles disponibles, los científicos han tratado de establecer posibles explicaciones a la aparición de los primeros animales, la más aceptada es la hipótesis colonial. Esta hipótesis se basa en dos fundamentos básicos: por un lado, la anatomía de la esponja, uno de los animales más simples conocidos, y, hasta donde sabemos, el más antiguos; y por otro lado, el comportamiento de un grupo de protozoos unicelulares denominado coanoflagelados.

El embrión de la mayoría de los animales tiene tres capas germinales: el ectodermo —el más externo, que da lugar a la piel y el tejido nervioso—, el mesodermo —intermedio, origen de los sistemas esquelético, muscular, circulatorio y reproductor—, y el endodermo —el más interno, que produce los órganos internos, como pulmones, riñones, páncreas, hígado o intestinos—. Pero las esponjas son más simples: no tienen mesodermo; los dos tejidos, que reciben el nombre de pinacodermo —ectodermo— y coanodermo —endodermo— están compuestos por una sola capa de células, y el espacio intermedio, denominado mesohilo, presenta células ameboides independientes y no organizadas, junto a espículas que conforman el esqueleto de la esponja.

El coanodermo de la esponja es una capa de células ciliadas, y este punto puede ser el más significativo. Los coanoflagelados son un grupo de protozoos unicelulares con una anatomía muy similar a las células del coanodermo de las esponjas, y que tienen la capacidad de formar colonias con cierta especialización de las células.

Según el biólogo alemán Ernst Haeckel, las primeras esponjas debieron de surgir a partir de colonias de protozoos flagelados, como los coanoflagelados, en los que la especialización se hizo irreversible. Esta hipótesis colonial es, a día de hoy, la más aceptada, y está reforzada por datos moleculares: los coanoflagelados son el grupo de protozoos filogenéticamente más próximo a los animales.

Pruebas experimentales de la pluricelularidad

Si bien no se dispone de pruebas directas que demuestren que una colonia de coanoflagelados puede llegar a formar un organismo verdaderamente pluricelular, este proceso sí se ha podido observar en otros organismos.

Se sabe que la pluricelularidad no es una innovación evolutiva exclusiva de los animales: hongos y plantas también adquirieron esta condición, de forma independiente. En el año 2015, un grupo de investigadores liderado por Michael Travisano, de la Universidad de Minnesota (Estados Unidos) diseñó un experimento cuyos resultados fueron tan sorprendentes, que fueron publicados en la prestigiosa revista Nature Communications.

Tomaron la levadura de la cerveza (Saccharomices cerevisiae), que es unicelular, y le indujeron una mutación sobre el gen para el factor de transcripción ACE2. La dejaron crecer en un medio, en constante agitación, después la mantuvieron en reposo para que las levaduras precipitasen. Recogieron entonces las levaduras que quedaban en el fondo —las más pesadas— y repitieron el proceso.

Al cabo de múltiples generaciones, esta repetición de agitación y selección proporcionó colonias de levaduras. Pero lo realmente fascinante es que, en esas colonias, había especialización celular. Además, fragmentos de la colonia eran capaces de generar una nueva colonia, lo que mostraba una preadaptación a la condición pluricelular. Experimentaciones posteriores han conseguido replicar estos resultados empleando algas, que de forma espontánea, adquirieron pluricelularidad como respuesta adaptativa a la depredación.

Estas son, probablemente, las pruebas más sólidas de que la pluricelularidad puede surgir a partir de una organización colonial, a través de la presión selectiva inherente al proceso evolutivo.

Referencias: