Se descubre un 'punto de inflexión' evolutivo en los hongos

Científicos de la Universidad de Nueva York han encontrado un "punto de inflexión" en la evolución de los hongos que frena su crecimiento y esculpe sus formas.

Los hallazgos, publicados en la revista Cell Reports, demuestran cómo pequeños cambios en los factores ambientales pueden conducir a grandes cambios en los resultados evolutivos.

Los hongos son los grandes compostadores de la naturaleza. Esperan dentro del suelo del bosque para alimentarse de los árboles caídos y las hojas de otoño, liberando nutrientes esenciales de estas plantas a la Tierra.

Aunque los hongos a menudo recuerdan a las tapas de los hongos, los hongos también tienen "raíces" subterráneas llamadas micelios. Los micelios están formados por miles de células microscópicas interconectadas en forma de dedos llamadas hifas que crecen formando vastas redes. Las hifas se abren camino a través del suelo creciendo desde sus puntas. Para ello, se inflan ellos mismos, de forma similar a los globos largos que se utilizan para hacer animales con globos.

Sus formas alargadas permiten que las hifas localicen y consuman nutrientes dentro del suelo. Pero no todas las hifas tienen la misma forma: algunas tienen puntas redondeadas, mientras que otras son puntiagudas. Las hifas de los mohos acuáticos (patógenos parecidos a hongos que causan plagas en los cultivos) son particularmente puntiagudas.

"Un desafío importante en biología es identificar los factores evolutivos específicos que determinan la forma de un organismo determinado", dijo en un comunicado Enrique Rojas, profesor asistente de biología en la Universidad de Nueva York y autor principal del estudio.

Para comprender las razones de las diferentes formas de las hifas, Rojas y sus colegas combinaron teoría y experimentos para investigar hongos y mohos acuáticos de toda la naturaleza. Primero emplearon modelos basados en la física de crecimiento inflacionario de las puntas para determinar todas las formas "posibles" de hifas. Sorprendentemente, las formas de las hifas "reales" encontradas en la naturaleza asumieron sólo un pequeño subconjunto de las formas posibles.

Los investigadores plantearon la hipótesis de que las formas limitadas observadas en la naturaleza reflejaban la "supervivencia del más apto" y que las muchas formas posibles no observadas en los hongos reales eran, por alguna razón, rechazos evolutivos más débiles. Para explorar esta idea, examinaron la tasa de crecimiento de hifas con diferentes formas para crear un paisaje apto para las hifas.

"Nuestro momento eureka fue cuando nos dimos cuenta de que las formas de las hifas estaban íntimamente relacionadas con su capacidad de crecer rápidamente", dijo Maxim Ohairwe, estudiante de doctorado en el Departamento de Biología de la Universidad de Nueva York y autor principal del estudio.

Un paisaje de aptitud es como un mapa topográfico que visualiza la evolución de un organismo: cada especie deambula por su panorama de aptitud probando si mutaciones aleatorias en sus genes aumentan o no su tasa de crecimiento o aptitud. Una especie sólo detiene su inquieto deambular cuando una nueva mutación disminuye su aptitud, es decir, cuando se encuentra en su punto máximo.

Sin embargo, el equipo de Rojas descubrió que los paisajes de fitness pueden ser mucho más ricos que un sistema de picos y valles. De hecho, descubrieron que el paisaje de aptitud para las hifas contenía un acantilado sobresaliente, o punto de inflexión, y que esto actúa como una barrera para la evolución, limitando fuertemente las formas de las hifas de los hongos. En consecuencia, predijeron que las hifas con formas cercanas al borde del punto de inflexión serían particularmente vulnerables a pequeños cambios ambientales, químicos o genéticos.

Los investigadores probaron su predicción tratando hongos cerca del punto de inflexión con pequeñas cantidades de sustancias químicas que afectaban el crecimiento de las hifas. Utilizaron una sustancia química que reduce la presión dentro de las hifas y otra derivada de una esponja marina que bloquea la capacidad de la hifa para transportar componentes celulares a la punta de la célula. Ambos tratamientos provocaron el mismo efecto dramático: las hifas se alargaron mucho más lentamente y con una extraña forma de protuberancia que no se encuentra en la naturaleza.

"Nuestros hallazgos explican la diversidad de formas de hifas en un grupo de especies enorme, diverso e importante", dijo Rojas. "En términos más generales, también demuestran un nuevo principio evolutivo importante: que los paisajes de aptitud física pueden tener inestabilidades o puntos de inflexión que imponen restricciones estrictas a rasgos complejos, como la forma biológica".

Los investigadores creen que sus resultados tienen implicaciones críticas para nuestra comprensión de muchos sistemas ecológicos y evolutivos. Por ejemplo, aquellas especies cuya evolución está sujeta a un punto de inflexión pueden ser las más vulnerables al aumento gradual de la temperatura provocado por el cambio climático.

Sus hallazgos también podrían ayudar en el desarrollo de nuevos antimicrobianos contra hongos que causan enfermedades al identificar vulnerabilidades en su crecimiento asociadas con un punto de inflexión evolutivo.

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