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Evolução de organismos multicelulares

A evolução de organismos multicelulares foi uma importante inovação na história da vida e representa o aparecimento de organismos que além de serem constituídos por mais de uma célula, apresentam diferenciação celular (Ridley). Estes organismos desenvolvem-se por meio da diferenciação do zigoto que leva ao surgimento dos muitos tipos celulares do indivíduo adulto. Enquanto o zigoto é uma célula muito simples ,as células que sofrem diferenciação se modificam,adquirindo novas características que as tornam especializadas. Essa especialização pode ser, por exemplo, a síntese de alguma substância específica como o suor produzido pelas glândulas sudoríparas ou a insulina produzida pelo pâncreas ou também pode ser uma modificação estrutural como as células musculares que são alongadas e com capacidade de contração e as células nervosas que apresentam longas ramificações que permitem a transmissão do impulso nervoso[Cezar, S.J.& Sesar, S. Biologia 1. São Paulo: Saraiva,2005]. Todos os animais e plantas existentes são constituídos por um grande número de células que funcionam de modo integrado no organismo. Nos seres humanos há trilhões de células enquanto em alguns vermes há algumas centenas. Em alguns fungos e em certos representantes do reino protista, também se pode observar a multicelularidade. Entretanto, as bactérias e os protozoários e algumas algas possuem apenas uma célula. Em determinados casos, não é possível estabelecer claramente a fronteira entre a unicelularidade e multicelularidade, como é o caso que ocorre em algumas espécies do gênero Volvox, em que as células se agrupam formando colônias celulares. Nestas colônias há células que são responsáveis pela locomoção enquanto outras ficam encarregadas pela reprodução. Embora unidas, as células pertencentes a estas colônias ainda se comportam como se estivessem isoladas. Uma característica da multicelularidade é a necessidade de uma célula estar funcionando em associação com as demais células que compõe um indivíduo de modo que há certo grau de interdependência entre estas para que haja um bom desempenho do organismo como um todo. Colônias celulares não são consideradas seres multicelulares uma vez que não apresentam esta interdependência, todavia, esses organismos sugerem como podem ter sidos os primeiros estágios para a evolução da multicelularidade.

A multicelularidade atingiu um alto grau de complexidade nas plantas e nos animais, em que as células se associam para formar tecidos altamente especializados e que funcionam de forma integrada. Por exemplo, as hemácias são células presentes no tecido sanguíneo de muitos animais e são responsáveis pelo transporte de gás carbônico (CO2) e de oxigênio (O2). O O2 é necessário para todos os tecidos corporais para a produção de energia sob a forma de ATP (trifosfato de adenosina) por meio do metabolismo aeróbico. O tecido muscular estriado cardíaco, que forma as paredes do coração, é um dos tecidos que necessita do O2 transportado pelas hemácias para produzir ATP e realizar a contração do miocárdio. Os batimentos cardíacos, por sua vez, promovem o movimento do sangue e consequentemente das hemácias nele contidas, ou seja, as fibras musculares do coração dependem do oxigênio trazido pelas hemácias para se contraírem enquanto as hemácias dependem da contração da musculatura cardíaca para executarem sua função de transporte. Portanto em um indivíduo multicelular todas as funções de seus tecidos estão interconectadas. O fato de a grande maioria dos organismos eucarióticos atuais serem multicelulares não deixa dúvidas de que a estratégia multicelular foi bem sucedida. (amabis). A existência destes organismos traz algumas questões como, por exemplo, quem foram os primeiros multicelulares? Por que eles apareceram? Quais são suas vantagens em relação aos seres unicelulares? Como o surgimento destes organismos influenciou na evolução da vida?

Origem da multicelularidade

Os primeiros seres vivos a surgirem na Terra deviam ser muitos simples, constituídos por uma única célula com organização procariótica (amabis). Compreender a evolução dos indivíduos multicelulares complexos a partir de ancestrais unicelulares tem sido extremamente desafiador uma vez que os primeiros passos deste processo ocorreram em um passado bem remoto. (Travisano)

De acordo com o relógio molecular a vida multicelular surgiu há cerca de 1,5 bilhão de anos. Os fósseis mais antigos de animais verdadeiramente multicelulares datam do período de 670 a 550 milhões de anos um pouco antes da explosão pré cambriana, no período edicarano ( ridley). Ediacara se refere a uma região da Austrália onde foram encontrados os fósseis mais antigos de animais, sendo que os achados fósseis desta região representam um dos mais importantes registros fósseis do mundo. (igc.usp) A fauna ediacara era caracterizada por apresentar organismos aquáticos desprovidos de partes duras, como conchas ou placas mineralizadas, de modo que fósseis como o Charnodiscus arboreus, um cnidário colonial e Cyclomedusa radiata, uma medusa, foram encontrados sob a forma de impressões em rochas, fato este que torna mais difícil o estudo morfológico destes metazoários mais basais. Outros fósseis de animais e plantas aquáticos multicelulares desse mesmo período também foram encontrados na China. Esta fauna apresenta uma extrema importância devido ao fato de ser o único vestígio de formas de vida multicelulares anteriores a explosão cambriana. O documentário fóssil de plantas e animais multicelulares só teve início efetivo no período cambriano que se iniciou há cerca de 540 milhões de anos. (ridley)

Vantagens da multicelularidade

A enorme quantidade de representantes multicelulares viventes atualmente evidencia claramente que o nível de complexidade atingido por estes organismos é bastante vantajoso. A associação de células permite a divisão de tarefas e funções. Nos indivíduos unicelulares, uma mesma célula é responsável por realizar todas as funções essenciais para manter-se viva como captura do alimento ou fabricação deste, digestão, excreção e percepção do meio. Nos seres multicelulares há a possibilidade de divisão destas tarefas de modo que cada célula é especializada em executar determinada função, como, por exemplo, nos animais a percepção do ambiente é feita por célula do tecido nervoso enquanto a excreção é realizada por células renais. Esta divisão de tarefas resulta no aumento da eficiência do funcionamento do organismo. (amabis).

Multicelularidade experimental

Visando buscar respostas para explicar como ocorreu o surgimento da vida multicelular, os cientistas frequentemente realizam experimentos em laboratórios a partir da utilização de organismos unicelulares na tentativa de simular como este processo aconteceu. Alguns destes experimentos obtiveram resultados importantes e fornecem indícios de como pode ter ocorrido e o motivo pelo qual se deu esta transição entre a unicelularidade e a multicelularidade, propiciando assim, um melhor entendimento deste passo que foi essencial para a evolução da vida animal e vegetal. Uma ideia de como os organismos multicelulares surgiram foi proposta por um grupo de americanos que cultivavam a alga Chlorella vulgaris em laboratório. Esta alga unicelular foi cultivada por várias gerações e passado determinado período foi adicionado o predador também protista Ochromonas vallescia. Nas primeiras gerações, houve uma grande taxa de mortalidade das algas seguida por uma diminuição do número de predadores o que é esperado para qualquer relação entre presa e predador. Quando a população de presas conseguiu se recuperar, as algas uniram-se e formaram aglomerados de dez a centenas de células. No entanto, aquelas que formavam aglomerados muito grandes, apesar de não serem predadas, não conseguiram sobreviver devido à dificuldade para a absorção de nutrientes enquanto os aglomerados muito pequenos também morriam uma vez que estas estavam mais suscetíveis a predação. Passado dez a vinte gerações do cultivo das algas na presença do predador, a quantidade de células do aglomerado se estabilizou em oito provavelmente para resolver o problema da mortalidade de agregados muito grandes ou muito pequenos. O aparecimento de predadores é uma das hipóteses que tem o intuito de explicar o surgimento de organismos multicelulares a partir da necessidade de defesa contra a predação. Esta ideia parte do princípio de que na ausência de organismos capazes de realizar fagocitose não há pressão seletiva para que as células formem agregados sendo que esta estratégia pode ter sido aprimorada ao ponto de determinadas colônias tornarem-se organismos multicelulares.

Outro experimento realizado por um grupo diferente de pesquisadores utilizou o fungo Saccharomyces cerevisiae, o popular fermento de padaria. Esse organismo apresenta-se normalmente sob a forma unicelular, mas em condições de escassez de nutrientes pode formar um micélio. ( amabis 2 ). Os cientistas cultivaram a S. cerevisiae dentro de um tubo de ensaio que continha um meio de cultura rico em nutrientes. As células permaneceram neste tubo cerca de um dia afim de que pudessem crescer. Passado um dia, o tubo era centrifugado de modo que as células que formavam agregados precipitavam-se mais rapidamente em conseqüência do maior peso em relação às células isoladas. Os agregados foram retirados e transferidos para outro tubo que também possuía nutrientes para permitir o crescimento. Este procedimento foi repetido inúmeras vezes até que os agregados apresentassem centenas de células. Teoricamente estes aglomerados poderiam ter se originado a partir da união aleatória de células ou resultarem da não separação depois da divisão celular. A análise destes agregados permitiu que os cientistas constatassem que estes não se tratavam apenas de células que se uniam ao acaso, mas sim de células que apresentavam um parentesco e não se desgrudavam após a divisão celular. Este é um aspecto importante a ser ressaltado, pois os organismos multicelulares atuais são formados por células geneticamente idênticas originadas de uma única célula. Este fato torna mais provável a existência de cooperação entre as células, uma vez que mesmo que haja divisão de apenas uma célula do grupo enquanto as outras ficam responsáveis por executar outras tarefas, o material genético de todas elas será passado adiante. Estes agregados não são semelhantes ao micélio formado por algumas leveduras em situação de estresse nutricional seja por alta ou baixa quantidade de nutrientes. A presença de divisão de trabalho é evidenciada neste experimento a qual a maioria das células do agregado permaneceu viável e reproduzindo-se enquanto outras sofriam apoptose e serviam como ponto de ruptura que permitiam a produção de um maior número de propágulos. Este tipo de diferenciação pode ser utilizado como analogia para a distinção entre células germinativas (os gametas) e células somáticas (todas as outras células).

{{Referências[Cezar, S.J.& Sesar, S. Biologia 1. São Paulo: Saraiva,2005]}}