El Cedazo

En la entrada anterior de la serie sobre la Biografía de la Vida nos habíamos introducido en el asombroso mundo de la complejidad. Conocemos ya, por tanto, los mecanismos por los que los seres vivos del reino Animalia pudieron llegar a diferenciar sus células para que realizaran funciones muy variadas. Hoy nos vamos a centrar en un caso muy particular, que en principio puede parecer un contrasentido: El caso de la célula que decide diferenciarse por la vía del “altruismo”.

Recuerdo que en esta entrada, como en las anteriores, no estoy siguiendo el orden cronológico estricto de los acontecimientos, sino que voy a centrarme en la evolución de cada aspecto concreto, independientemente de en qué periodo temporal se produce.

Todos percibimos al organismo vivo, al conjunto de células y tejidos, como la “nave” portadora de las células reproductoras, que a su vez son meras herramientas de los genes, que las utilizan para su replicación y dispersión.

En el campo de la diferenciación celular y posterior especialización de tejidos, es muy peculiar el hecho por el cual aparecen células somáticas separándose de las germinales. Resulta curioso al preguntarse cómo es que en un conjunto de células, todas procedentes de un mismo cigoto inicial y por tanto con idéntica carga genética, algunas deciden “sacrificar” su mayor razón de ser, el reproducirse y dar nuevos seres independientes, quedando como simples células estructurales de un cuerpo, favoreciendo así a unas pocas, los gametos, que sí se especializarán en la reproducción. Parece un contrasentido, y sin embargo la opción, basada en la colaboración, se ha demostrado de un gran éxito.

Dejando al margen el hecho que parece evidente que la cooperación lleva consigo un vector de beneficio para los cooperantes, la explicación de que existan esta serie de células “altruistas” se basa en la idea de que para ellas también resulta valioso el conseguir que genes que son portados por una célula hermana, es decir genes iguales que los suyos, pasen a la siguiente generación, lo que asegura también su objetivo, que es tan sencillo como el hecho de que su acervo genético se perpetúe. La mejora del éxito de los parientes puede a veces compensar la pérdida de oportunidades que sufren los individuos altruistas. Este concepto de “selección familiar” (kin selection), que fue ideado por el biólogo evolutivo británico William D. Hamilton para explicar el comportamiento social de algunos insectos, es perfectamente aplicable a nivel de célula: el ayudarte a ti supone una mejora para mis intereses. Dentro del conjunto de células hermanas alguna proteína da la señal externa “soy pariente tuyo”, señal que les ayuda a reconocerse y comportarse como un único ente evolutivo. Con el paso del tiempo se generó algún proceso de regulación tipo gen Hox (veremos en otra entrada quiénes son) que se encargaría de decidir qué célula de todas ellas sería la abanderada en la carrera de pasar el testigo genético.

Termitas Coptotermes formosanus un ejemplo muy evidente de sociedad de insectos movida por selección familiar. En colonias de tres millones de individuos sólo hay una pareja real reproductora. Otros individuos  pueden coger el relevo  en caso de envejecimiento de los anteriores o pueden ser los pioneros que se encarguen de generar nuevas colonias lejos de la propia de nacimiento (Wikimedia, dominio público)

El propio Hamilton consideró una norma aún más general que la anterior, que en teoría no tenía por qué exigir un comportamiento a ultranza de renuncia altruista. Partió de la misma idea: una nueva generación de genes como los “míos” puede surgir por dos vías, o a través de mi propia descendencia o bien a través de la descendencia de mis parientes. Por lo que lo más eficaz es optimizar la suma de ambas vías, lo cual no implica la renuncia de mi propia descendencia. A esta teoría se le llamó “eficacia total” (inclusive fitness) y puede propiciar respuestas parcial o totalmente “altruistas”. En algún momento el individuo puede optar por reproducirse y en otros momentos por ayudar a que sus hermanos, por ejemplo, tripliquen su tasa reproductiva, opción con la que se incrementa en un 50% el éxito total del conjunto. De una proyección de los genes por dos vías, a una proyección por una vía única, pero de eficacia triple.

En realidad no es que una célula, o sus genes, tengan voluntad o decidan lo que hacer, sino que en un momento determinado, y por motivos circunstanciales, aparece en un ser estructuralmente sencillo un gen mutado que es “altruista”, o bien una novedosa interrelación “altruista” entre genes, circunstancia que al maximizar la “eficacia total” maximizaba la expansión de estos genes. Como resultado inmediato estos se propagan y llegan a buena parte de la población, generalizándose así la expresión “altruista”. Con el  paso del tiempo se va pasando del sencillo organismo inicial a otros organismos más complejos, con más células y más especializadas, en los que continúa en sus genes la ventaja de la eficacia de la característica “altruista”. Incluso incrementándola, ya que se ve combinada con las nuevas ventajas de pertenecer a un organismo más complejo, de vida más larga y con una fase reproductora más extensa a lo largo de su existencia, lo que amplía sustancialmente las oportunidades efectivas de reproducción de sus copias.

A la vista de los patrones tan similares que podemos contemplar hoy en día a nuestro alrededor en algunos organismos vivos, este proceso no debió resultar un gran contrasentido en los momentos iniciales del invento del “altruismo”. No deja de ser un ejemplo más de cooperación de individuos con una misión, que es el éxito del objetivo del conjunto, la propagación de su genoma. Este comportamiento se asemeja mucho al de la cooperación de células dentro de un organismo individual. Veamos pues algún ejemplo actual de lo que decimos.

Uno de ellos es la esfera acuática hueca formada por las algas unicelulares flageladas Volvox, que adoptan esta forma de organismo societario quizás como una estrategia contra la depredación mediante el truco del incremento de tamaño. Todas las células son estructurales y están unidas por conexiones citoplasmáticas, formando la superficie de la esfera. Menos unas pocas que adoptan la función reproductora, las oosporas, y que aparecen en el ecuador de la esfera para más tarde mudar a su interior. Para liberarlas, la esfera se da literalmente la vuelta como un calcetín, suelta sus células sexuales y se rehace al revés. La pregunta que queda en el aire es: ¿por qué algunas células se transforman en germinales y el resto, que trabajan para ellas, no?

Volvox aureus con las oosporas, de mayor tamaño, en su interior (Wikipedia, CC BY-SA 3.0)

Otro ejemplo más curioso si cabe es el de los mohos mucilaginosos acrasiomicetos colonizadores de muy diversos medios, como el Dictyostelium discoideum de la imagen siguiente. Se trata de seres unicelulares, de constitución ameboide, que en condiciones de bonanza medioambiental y de alimentación, hacen su vida de forma independiente. Sin embargo, cuando el entorno se hace agresivo para su supervivencia comienzan a excretar una sustancia llamada “adenosín monofosfato cíclico”, una señal química que cuando contacta con otro individuo le excita para que segregue a su vez más producto “llamada”, induciéndole a moverse hacia un punto de reunión que resulta ser el lugar donde esta sustancia presenta una mayor concentración.

Proceso donde se describen los distintos estadios por los que pasa el cuerpo fructífero de Dictyostelium discoideum (a partir de Wikimedia, esquema, GNU FDL 1.2 y fotos, dominio público)

En este punto se acumulan una gran cantidad de células, formando una especie de brazo vertical que con el tiempo bascula y se coloca horizontalmente sobre el suelo. Allí empieza un movimiento sincronizado de toda la colonia de ameboideos, haciendo que la masa se mueva como una babosa. Cuando llegan a un lugar iluminado se produce una revolución: la babosa se yergue sobre unas cuantas de sus células que quedan formando una pedúnculo con su base sustentadora, y otras “trepan” hacia la luz, estirando el nuevo cuerpo de la colonia. El 80% de células consiguen una posición elevada que les dará carta de reproducción y originarán una nueva generación de esporas. El 20% de la base sólo quedarán como eso, como soporte de las que se van a reproducir, para luego morir. ¿Qué es lo que diferencia a unas de otras de forma que realicen unas funciones tan dispares? ¿Cuál es la señal que convierte a algunas células en altruistas? ¿Es algo parecido al proceso de diferenciación celular con gradientes químicos como motores de la diferente expresión de los genes en cada individuo? ¿Es consecuencia de la evolución dentro de la “eficacia total” de Hamilton, aunque pueda ser que las amebas iniciales no fueran parientes?

De todas formas, se ha descubierto que no todo es tan bonito y “generoso” en los mucilaginosos, extensible a otras células cooperantes. Algunas células engañan al sistema haciendo trampas para darse a ellas mismas más probabilidades de sobrevivir. Y como sucede con todos los tramposos, los trucos deben de estar evolucionando constantemente para contrarrestar las contramedidas que la comunidad aplica como defensa de su eficacia reproductiva. De todas formas el engaño sólo funciona si se realiza en presencia de “no tramposos”: se da el hecho de que si los “tramposos” están rodeados de otros iguales, todos se hermanan y de nuevo contribuyen en grupo al esfuerzo colectivo, como si no hubieran sido carteristas profesionales.

No es evolutivamente concebible un futuro en el que el gen de las trampas se hubiera diseminado por toda la población, ya que entonces la carrera competitiva que se generaría no permitiría formar el cuerpo fructífero al faltar células para su base (no habría altruistas, todas serían tramposas), por lo que no podría reproducirse ninguna y desaparecerían como especie.

¡Cuántas lecciones evolutivas nos hemos encontrado al seguir la pista de las células “altruistas”! Es sorprendente cómo los resultados de la evolución, consecuencias maquinales de las circunstancias ambientales, se ajustan a parámetros racionales o de comportamiento de los humanos. ¿Será acaso que somos resultado de esta evolución?

Continuemos ahora la historia de los organismos multicelulares triblásticos, aquellos cuyas células habían aprendido a colaborar especializando sus funciones hasta el grado extremo de no hacer uso de su capacidad reproductora en aras a una mayor eficiencia. Sigamos analizando sus características de bilateralidad y la capacidad de segmentación que ya llevaban implícitas en sus organismos. Pero esto será en la siguiente entrada.

The La Biografía de la Vida 23. El caso de la célula que decide diferenciarse por la vía del “altruismo” by , unless otherwise expressly stated, is licensed under a Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 2.5 Spain License.