Cómo surgió la vida pluricelular: la respuesta puede estar en los estanques
¿Cómo pasamos de simples células a organismos complejos como los seres humanos? Un estudio revela que la clave pudo estar en la alimentación cooperativa de unas sorprendentes criaturas unicelulares: los animáculos trompeta.
Por Enrique Coperías
Trayectorias de partículas trazadoras a partir de una imagen fija obtenida de un vídeo timelapse de un individuo de Stentor coeruleus. Esta es una especie de animáculo trompeta, organismo unicelular acuático y filtrador que a veces forma pequeñas colonias para optimizar la captura de partículas alimenticias con los cilios que coronan sus bocas.
La vida apareció en la Tierra hace unos 3.800 millones de años. La llamada teoría de la sopa primordial, también conocida como caldo primigenio y que originalmente propuesta por el bioquímico ruso Aleksandr Oparin en 1924, sostiene que sustancias químicas disueltas en charcos y remansos de agua, expuestas a luz solar y descargas eléctricas, dieron lugar de forma espontánea a moléculas orgánicas.
Estos bloques fundamentales de la vida iniciaron reacciones químicas, probablemente impulsadas por el ácido ribonucléico o ARN, que terminaron originando células individuales.
Algunos ejemplos de organismos unicelulares incluyen las bacterias, como Escherichia coli; las arqueas que habitan ambientes extremos; los protozoos, caso de la Amoeba y el Paramecium; las algas unicelulares como Chlorella y Euglena; algunos hongos, como la levadura Saccharomyces cerevisiae utilizada en la fermentación; y las cianobacterias, organismos fotosintéticos también conocidos como algas verdeazules.
El papel de las fuerzas físicas
Pero ¿qué permitió que esas células unicelulares evolucionaran hacia formas de vida multicelulares más complejas?
La revista Nature Physics acaba de publicar un nuevo estudio que señala una posible clave para ese salto evolutivo: la dinámica de fluidos asociada a la alimentación cooperativa.
«Muchos estudios sobre el origen de la vida multicelular se enfocan en la química —explica Shashank Shekhar, autor principal del trabajo y profesor adjunto de Física en la Universidad de Emory, en una nota de prensa de esta institución estadounidense. Y añade—: «Nosotros queríamos explorar el papel que juegan las fuerzas físicas en este proceso».
Shekhar tuvo la idea mientras observaba cómo se alimentaban los Stentor o animáculos trompeta, un género de organismos unicelulares filtradores con forma de este instrumento musical que flotan en la superficie de estanques, lagos y arroyos de agua dulce de todo el mundo.
Colaborar para atraer el alimento
Mediante vídeos microscópicos, Shekhar registró la dinámica de fluidos de un animáculo trompeta aislado en una placa de laboratorio con líquido mientras absorbía partículas suspendidas. También analizó el comportamiento de un grupo de animáculos trompeta que se alimentaban de forma conjunta.
«Todo comenzó con imágenes bellísimas del flujo del líquido —cuenta Shekhar—. Solo más adelante comprendimos el significado evolutivo de ese comportamiento».
El equipo descubrió que al agruparse, los estentores generaban corrientes más potentes, capaces de atraer alimento desde distancias mayores, beneficiando a toda la colonia.
Todos los organismos pluricelulares surgen de una sola célula
Este comportamiento colectivo sugiere que los animáculos trompeta podrían funcionar como un modelo útil para entender cómo la vida pasó de organismos unicelulares a complejas formas multicelulares, como las plantas y los seres humanos, compuestos estos últimos por billones de células especializadas. Todas ellas surgen de una sola célula la cual se multiplica para generar así un organismo.
Los coautores principales del artículo son John Costello, biólogo marino del Providence College en Rhode Island, y Eva Kanso, matemática del Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de la Universidad del Sur de California, en Los Ángeles.
El proyecto se remonta a 2014, cuando Shekhar participó en un programa de Fisiología del Laboratorio de Biología Marina (MBL), en el Woods Hole de Massachusetts, un centro internacional de investigación en ciencias biológicas. Desde entonces, ha mantenido un cargo de investigador visitante allí.
Animáculos trompeta fijados a una hoja de milenrama acuática. Cortesía: MarekMiś
Una «trompeta» que se regenera en doce horas
«Cada verano, científicos de todo el mundo se reúnen en el MBL para colaborar de forma espontánea —dice Shekhar—. «Allí tienes tiempo y recursos para explorar preguntas profundas que realmente captan tu interés».
Shekhar encontró una fuente de inspiración clave en tres científicos que terminaron siendo coautores del estudio publicado en Nature Physics. Costello y Sean Colin (biólogo marino de la Universidad Roger Williams) investigan la biomecánica de organismos marinos como medusas y zooplancton. Y Wallace Marshall, biólogo celular en la Universidad de California en San Francisco, utiliza al animáculo trompeta como modelo para estudiar fenómenos biológicos como la regeneración, incluida la capacidad de un pulpo para regenerar una extremidad.
«Puedes cortar un animáculo trompeta en pedazos y cada fragmento se convierte en un organismo completo en solo doce horas —dice Shekhar—. Son fascinantes desde muchos puntos de vista».
Agrupados gracias a una sustancia viscosa
Estos eucariotas unicelulares, comunes en aguas dulces, como estanques y arroyos, deben su nombre a Esténtor, el heraldo de voz potente en la mitología griega, por su forma de cuerno.
En su extremo estrecho, el estentor posee una estructura de anclaje conocida como asidero, que le permite fijarse a hojas, ramas u otros elementos flotantes. En el extremo más ancho, posee una gran boca bordeada por cilios, estructuras semejantes a pelos, que baten el agua y generan corrientes que arrastran partículas alimenticias, como bacterias y algas, hacia su interior.
También pueden segregar una sustancia viscosa por el extremo de sujeción, lo que les permite adherirse a superficies y formar colonias semiesféricas temporales.
Una célula tan grande como la punta de un lápiz
Uno de los aspectos más llamativos del animáculo trompeta es su tamaño celular excepcional. Mientras que la mayoría de las células humanas son al menos diez veces más pequeñas que el grosor de un cabello, un Stentor mide entre uno y dos milímetros de largo, lo que hace que sea visible a simple vista: aproximadamente tiene el tamaño de la punta de un lápiz afilado.
Este gran tamaño facilita la grabación de comportamientos celulares en alta resolución bajo el microscopio.
Shekhar comenzó investigando la dinámica de fluidos generada por ejemplares de la especie Stentor coeruleus cuando se alimentaban adheridos a una superficie en una placa con líquido.
«Añadí microesferas de plástico al medio para observar el efecto», recuerdaShekhar.
Los animáculos trompeta forman de forma espontánea colonias temporales en forma de semiesfera que mejoran la captación de alimento. Cortesía: Shashank Shekhar
Un movimiento de «te quiero, no te quiero»
Estas diminutas esferas actuaron como trazadores, y permiten marcar los flujos creados por los cilios de este organismo unicelular filtrador. Shekhar logró filmar un impactante vídeo timelapse donde se apreciaba la formación de vórtices gemelos alrededor de la boca del organismo (ver gif, abajo).
Entonces se preguntó si la tendencia de los animáculos trompeta a agruparse en parejas o colonias podía estar relacionada con la búsqueda de alimento.
Para comprobarlo, grabó la dinámica de fluidos de parejas de animáculos trompeta. Sus cabezas oscilaban acercándose y alejándose. «A ese movimiento lo llamo ‘te quiero, no te quiero’», bromea Shekhar.
Cuando acercaban sus cabezas, sus flujos se unificaban en un solo vórtice, capaz de atraer partículas desde más lejos con mayor fuerza.
Vídeo timelapse de un animáculo trompeta succionando partículas suspendidas en un líquido. Cortesía: Shashank Shekhar
Eso lo llevó a preguntarse por qué, si la unión era beneficiosa, los estentores se separaban a veces.
Observó un patrón similar en colonias semiesféricas de varios individuos. En estas, las cabezas también oscilaban en parejas adyacentes, y generaban flujos aún más potentes.
La capacidad para alimentarse mejoraba notablemente al estar en grupo. Entonces, ¿por qué algunos se separaban para nadar en solitario?
El equipo planteó que los animáculos trompeta más débiles obtenían mayores beneficios al unirse a otros más fuertes.
Parejas desiguales
«Las colonias son dinámicas; los animáculos trompeta cambian constantemente de pareja —explica Shekhar. Y añade—: En cierta forma, se aprovechan de los más fuertes. Se reagrupan frecuentemente para que todos puedan beneficiarse por igual».
Los investigadores desarrollaron modelos matemáticos para poner a prueba esta teoría en condiciones experimentales, gracias a la colaboración de Kanso y Hanliang Guo, matemático de la Universidad Ohio Wesleyan, en Delaware.
Los resultados demostraron que, en una pareja, uno de los miembros siempre obtenía más ventaja que el otro. Y que formar una colonia grande, con individuos que cambian de posición, mejora en promedio la eficiencia de alimentación de cada animáculo trompeta.
Estos hallazgos ofrecen una nueva perspectiva sobre las presiones evolutivas que pudieron favorecer la transición hacia la multicelularidad.
Cómo surgió la vida multicelular.
Sin cerebro ni neuronas
«Es sorprendente que un organismo unicelular, sin cerebro ni neuronas, manifieste comportamientos de oportunismo y cooperación», explica Shekhar. Y continúa—: «Tal vez estos comportamientos estaban presentes en la vida desde mucho antes de lo que imaginábamos».
El proyecto con los animáculos trompeta representa una nueva línea de investigación para Shekhar. Su laboratorio es más conocido por investigar la actina, una proteína esencial que se ensambla en filamentos dentro de las células vivas y que resulta crucial para su movimiento.
«Este estudio fue un proyecto rodeado de pasión —confiesa Shekhar. Y concluye—: Es maravilloso poder trabajar a tu propio ritmo, durante años, en una pregunta científica fascinante y terminar con hallazgos tan bellos y significativos». ▪️
Información facilitada por la Universidad de Emory
Fuente: Shekhar, S., Guo, H., Colin, S.P. et al. Cooperative hydrodynamics accompany multicellular-like colonial organization in the unicellular ciliate Stentor. Nature Physics (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41567-025-02787-y
