El comportamiento cooperativo, asociado principalmente con animales como insectos sociales, cada vez más es percibido como de naturaleza generalizada. Sorprendentemente, los microbios son organismos sociales que proporcionan importante información para el estudio de la evolución de los modelos naturales de cooperación y conflicto.
A pesar de sus muchas ventajas de estudio en laboratorio, rara vez es posible a estos microorganismos en su entorno natural, por lo que se sabe poco acerca de si la cooperación y el conflicto son adaptativamente importantes por naturaleza.
Utilizando un enfoque de genética de poblaciones y evolución molecular, investigadores del Departamento de Biología en Artes y Ciencias de la Universidad de Washington en St. Louis están estudiando de cerca la vida salvaje del organismo Dictyostelium discoideum (Dicty, para abreviar), una criatura modelo casi perfecta para comprender cómo la vida multicelular surgió de las amebas.
Un caso ilustrativo de estudio social: en ausencia de alimento, decenas de miles de amebas Dicty anteriormente independientes forman un organismo conglomerado, con esporas viables y un tallo estéril. Alrededor del 20 por ciento de las células se sacrifican para formar el tallo que levanta las esporas vivientes y las ayuda a dispersarse. Esta forma de sacrificio altruista ha fascinado a los biólogos durante décadas.
Esta separación clara entre altruistas (células del tallo muerto) y beneficiarios (células de esporas vivientes) recuerda a una colonia de hormigas donde los trabajadores estériles ayudan a su reina a reproducirse, las amebas a veces forman una unidad social formada por individuos no relacionados. Aprovechando el genoma secuenciado y muchos genes conocidos de Dicty, los investigadores utilizaron una técnica inteligente para superar la dificultad de realizar estudios en entornos salvajes.
Primero, crearon mezclas, o quimeras, de dos clones Dicty no relacionados y las privaron de alimento. Luego recolectaron células en una etapa temprana cuando el destino de los altruistas (células de tallo) y beneficiarios (células de esporas) apenas comenzaba a resolverse, y secuenciaron su ARN para determinar qué genes se expresaban en este proceso.
Para la comparación, también configuraron un experimento de control separado con sólo un clon en la mezcla. Los genes sociales de interés son todos los que se expresen de forma diferente en la quimera en relación con el control. Para asegurarse de las observaciones, repitieron el experimento con cuatro pares de clones diferentes.
El investigador David C. Queller, profesor de Biología en la Universidad de Washington y autor principal del estudio, explicó: “Comenzamos con la predicción de que el conflicto social va a generar una evolución rápida, porque cada vez que desarrollas un truco contra tu oponente, eso produce una presión de selección sobre tu oponente para que evolucione contra ti, y así sucesivamente.”
La predicción fue confirmada. Usando 15 genomas de Dicty recolectados por los autores de suelos en Virginia y Texas, encontraron que los 78 genes que se expresaban de forma diferente en la quimera, evolucionaban más rápidamente que otros genes.
Este estudio proporciona evidencia de que estos comportamientos sociales cooperativos han sido importantes en la evolución natural de esta especie y, en general, muestra una forma de estudiar la adaptación social microbiana en la naturaleza.
Referencia: Genetic signatures of microbial altruism and cheating in social amoebas in the wild. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018. https://doi.org/10.1073/pnas.1720324115