El pas de la vida unicel·lular als organismes pluricel·lulars va plantejar un repte fonamental per als primers animals: com defensar un cos format per múltiples cèl·lules, coordinar el transport de recursos i protegir-se davant dels patògens.

Un equip internacional d’investigadors, liderat per la Universitat de Kyoto (Japó) i l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE, CSIC-UPF), un centre mixt del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat Pompeu Fabra (UPF), aporta evidències que la solució no va ser l’aparició sobtada de nous gens, sinó la reutilització d’un programa genètic ancestral governat pel gen Fos.

El treball, publicat a la prestigiosa revista PNAS, traça per primera vegada un arbre filogenètic complet de les línies cel·lulars sanguínies i descobreix que les defenses dels animals moderns estan fortament lligades als seus orígens premetazoics.

Les primeres cèl·lules sanguínies eren similars als macròfags actuals

Per identificar com eren les primeres cèl·lules sanguínies dels animals, l’equip va retrocedir uns 700 milions d’anys en la història evolutiva comparant quins gens estaven actius en diferents tipus cel·lulars d’espècies molt allunyades entre si. Per fer-ho, va emprar un mètode computacional avançat capaç d’analitzar dades de transcriptòmica, és a dir, el conjunt de gens que expressa una cèl·lula.

L’anàlisi va incloure des de mamífers com humans i ratolins, i vertebrats com el peix zebra, fins a invertebrats com tunicats, eriçons de mar, mosques de la fruita, nematodes i esponges, a més d’organismes unicel·lulars estretament relacionats amb els animals, com Capsaspora owczarzaki i Salpingoeca rosetta.

Els resultats indiquen que les primeres cèl·lules sanguínies de la història de la Terra tenien característiques similars als macròfags actuals: cèl·lules mòbils encarregades de patrullar, ingerir i destruir patògens.

Aquestes estarien regulades pel gen Fos, un element clau en la conservació d’aquest programa ancestral de protecció. La seva presència en organismes unicel·lulars suggereix que ja exercia aquesta funció reguladora molt abans de l’aparició dels animals, i que va ser reutilitzat per regular els primers macròfags.

“ Sovint pensem en el nostre sistema immunitari com una innovació recent dels vertebrats, però aquest estudi ens recorda que la nostra sang arrossega una herència genètica molt més antiga. Part de les instruccions amb què el nostre cos combat avui una infecció ja existien als oceans abans que apareguessin els primers animals”, explica Elena Casacuberta, investigadora principal de l’IBE que ha participat en l’estudi.

El viatge evolutiu de la sang

La investigació suggereix que, després de l’aparició d’aquests macròfags primordials als orígens del llinatge animal, es va produir una bifurcació evolutiva important en els éssers bilaterals (aquells amb simetria esquerra-dreta). La presència de paràsits hauria afavorit l’aparició d’un llinatge de cèl·lules defensives més especialitzat que els macròfags: precursores dels mastòcits, equipades amb grànuls citotòxics per combatre aquestes infeccions.

En els ancestres dels vertebrats aquesta línia cel·lular es va ramificar, donant lloc a diferents tipus cel·lulars del sistema immunitari i sanguini actual, incloent-hi les cèl·lules T, les cèl·lules NK (assassines naturals) i els eritròcits. Per la seva banda, les cèl·lules B, productores d’anticossos, haurien sorgit directament de la branca evolutiva associada als macròfags.

“Les nostres dades suggereixen que les innovacions biològiques més importants de la natura no sorgeixen necessàriament de components completament nous”, explica Yosuke Nagahata, investigador de l’IBE i primer autor de l’estudi. “Apareixen quan es reorganitzen i es regulen d’una altra manera programes cel·lulars antics que ja existien molt abans que sorgís el primer animal.”

 Aparició i diversificació de les cèl·lules sanguínies. L’origen de les cèl·lules sanguínies es remunta a fa aproximadament 700 milions d’anys, quan els avantpassats dels humans eren organismes unicel·lulars. Quan aquests avantpassats van evolucionar cap a organismes multicel·lulars (animals), els macròfags van aparèixer com les primeres cèl·lules sanguínies. Al llarg de l’evolució posterior, diverses cèl·lules sanguínies, com ara els mastòcits, es van diversificar. Crèdit: Yosuke Nagahata

L’equip també destaca una troballa rellevant en l’organització del sistema immunitari: la possible aparició d’un tim primitiu en regions associades a les brànquies d’un ancestre cordat. Atès que les brànquies són la principal zona de contacte amb l’exterior i una porta d’entrada per a virus i bacteris, concentrar cèl·lules destructores en aquesta zona va suposar un avantatge defensiu colossal.

El desenvolupament recorda la història evolutiva de la sang

Una de les conclusions més sorprenents de l’estudi és que el procés actual mitjançant el qual un organisme genera les seves cèl·lules sanguínies (l’hematopoesi) conserva un vestigi directe d’aquesta història evolutiva.

En models experimentals amb ratolins, els investigadors van observar que les poblacions cel·lulars més antigues, com macròfags i mastòcits, mantenen un potencial de diferenciació més gran que limfòcits més especialitzats com les cèl·lules T i B. Aquest procés de diferenciació cel·lular durant el desenvolupament podria reflectir l’ordre en què van sorgir aquests tipus cel·lulars al llarg de l’evolució.

L’equip assenyala que l’anàlisi transcriptòmica no permet precisar quan van sorgir els receptors clau de la immunitat adaptativa moderna. A més, les xarxes reguladores en espècies no model requeriran validació experimental, i ampliar l’estudi podria aportar noves claus sobre l’origen de la vida multicel·lular.

Aquest estudi obre una finestra a l’evolució de la vida multicel·lular, revelant com es van reorganitzar les cèl·lules animals fa 700 milions d’anys.

L’estudi ha estat finançat principalment per la Societat Japonesa per a la Promoció de la Ciència (JSPS), el Ministeri de Ciència i Innovació d’Espanya (MICIU) i fons europeus FEDER. Els autors declaren no tenir conflictes d’interès.

Article referenciat:

Y. Nagahata, Y. Nishimura, R. Kaitani, J.C.K. Leong, I. Oda-Ishii, H. Kohtsuka, S. Abe, T. Ishida, M. Carmona-Rivas S.R. Najle, E. Casacuberta, K. Ikuta, T. Miura, M. Ogasawara, N. Irie, Y. Satou, I. Ruiz-Trillo, & H. Kawamoto, Animals have expanded the evolutionary legacy of unicellular ancestors in blood cells, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (23) e2528110123, https://doi.org/10.1073/pnas.2528110123 (2026).