A primeira célula do primeiro animal

Os primeiros seres vivos que habitaram nosso planeta eram células que vagavam pelos mares se alimentando e reproduzindo por si só, como ainda o fazem milhões de outras espécies unicelulares. Mas essa solidão celular foi quebrada diversas vezes durante a história evolutiva, quando indivíduos de uma espécie, depois da divisão celular, continuaram vivendo juntos, formando colônias de células idênticas. Algumas destas espécies coloniais deram outro passo evolutivo e originaram seres multicelulares composto por diferentes tipos celulares, cada um especializado na captura de alimentos, suporte, proteção ou mesmo reprodução.

Há cerca de 600 milhões de anos, uma dessas transições deu origem aos primeiros animais. Entender como estas transição ocorreu desafia os cientistas há décadas, pois implica compreender como uma célula produz outra com genoma idêntico, mas com estrutura e fisiologia celular diferentes, conformando uma organização multicelular em que uma célula depende da outra. Em outras palavras, trata-se da busca por compreender como surgiu a diferenciação celular e o desenvolvimento embrionário.

O ponto de partida de todas as investigações tem sido identificar, entre as espécies viventes, quais são as espécies unicelulares mais próximas dos animais e compará-las ao primeiro ramo da árvore evolutiva dos animais: as esponjas.

As esponjas não possuem órgãos e tipos celulares comuns a todos os outros animais, como neurônios e células musculares. Sua morfologia simples pode ser descrita como um tubo com paredes porosas, cuja superfície interna é coberta por uma camada de células ciliadas chamadas de coanócitos, e a superfície externa por uma camada de células chamadas de pinacócitos. Entre estas duas camadas epiteliais, uma matriz proteica, de consistência gelatinosa, abriga outros poucos tipos celulares esparsamente distribuídos, como os arqueócitos.

Os seres unicelulares mais próximos dos animais foram identificados ainda no século XIX, quando zoólogos reconheceram a similaridade entre os coanócitos das esponjas e certos protozoários marinhos chamados de coanoflagelados. Ambos possuem um flagelo apical envolto na base por uma microvilosidade em forma de colarinho, e algumas espécies, dependendo das condições ambientais, formam colônias em forma de roseta. A relação entre coanoflagelados e animais foi confirmada por comparações moleculares, que também permitiram reconhecer algumas outras espécies unicelulares aparentadas aos animais. Juntos, animais e seus parentes unicelulares mais próximos são chamados de holozoários.

Logo, a opinião consensual era de que o ancestral comum de todos animais eram colônias de células flageladas que adquiriram a capacidade de se diferenciar em outros tipos celulares. Esta ideia foi desafiada em um artigo publicado este mês por investigadores da universidade de Queensland, na Austrália.

Durante o desenvolvimento embrionário de um animal, novos tipos celulares são gerados a partir de células percursoras pluripotentes. Todos os tipos celulares possuem genomas idênticos e para que ocorra a diferenciação é necessário regular a expressão gênica, controlando quais RNAs mensageiros serão produzidos. A totalidade de RNAs mensageiros produzidos por uma célula é chamado de transcriptoma e fornece aos investigadores um retrato da identidade celular. Por exemplo, esperamos que o transcriptoma de um neurônio humano seja mais parecido com o transcriptoma de um neurônio de mosca do que com o trancriptoma de uma célula muscular de mosca.

Usando esta lógica, os cientistas australianos perguntaram qual tipo celular de esponja possui o transcriptoma mais parecido com o transcriptoma dos nossos parentes unicelulares. Para responder, eles compararam o transcriptoma de coanócitos, pinacócitos e arqueócitos de uma espécie de esponja (Amphimedon queenslandica) ao transcriptoma de coanoflagelados e outros holozoários unicelulares.

Eles encontraram que a maioria dos genes expressos em coanócitos era exclusiva de esponjas, enquanto que os genes expressos em arqueócitos eram muito mais similares àqueles presentes em holozoários unicelulares. Isolando arqueócitos e cultivando-os em laboratório, eles mostraram que, ao se dividirem, eles geram outros arqueócitos e também coanócitos e pinacócitos. Quer dizer, os arqueócitos são pluripotentes.

Os resultados levaram à proposta de que os ancestrais unicelulares dos primeiros animais eram uma espécie com ciclo celular e história de vida complexa, que alternava tipos celulares entre gerações, e podia regular seu genoma, como fazem os arqueócitos das esponjas. Os animais não teriam, assim, se originado de colônias de células flageladas que se tornaram pluripotentes, mas de células pluripotentes que formaram colônias.

Surpresa.

João F. Botelho (PUC de Chile)

 PARA SABER MAIS:

Sogabe S, Hatleberg WL, Kocot KM, Say TE, Stoupin D, Roper KE, et al. Pluripotency and the origin of animal multicellularity. Nature. 2019;570(7762):519-22.

Thibaut Brunet, Nicole King, The Origin of Animal Multicellularity and Cell Differentiation, Developmental Cell, Volume 43, Issue 2, 2017.