El paso de la vida unicelular a los organismos pluricelulares planteó un desafío fundamental para los primeros animales: cómo defender un cuerpo formado por múltiples células, coordinar el transporte de recursos y protegerse frente a patógenos.

Un equipo internacional de investigadores, liderado por la Universidad de Kioto (Japón) y por el Instituto de Biología Evolutiva (IBE, CSIC-UPF), un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Pompeu Fabra (UPF), aporta evidencias de que la solución no fue la aparición repentina de nuevos genes, sino la reutilización de un programa genético ancestral gobernado por el gen Fos. 

El trabajo, publicado en la prestigiosa revista PNAS, traza por primera vez un árbol filogenético completo de las líneas celulares sanguíneas y descubre que las defensas de los animales modernos están fuertemente ligadas a sus orígenes premetazoos. 

Las primeras células sanguíneas eran similares a los macrófagos actuales

Para identificar cómo eran las primeras células sanguíneas de los animales, el equipo retrocedió unos 700 millones de años en la historia evolutiva comparando qué genes estaban activos en distintos tipos celulares de especies muy alejadas entre sí. Para ello, empleó un método computacional avanzado capaz de analizar datos de transcriptómica, es decir, el conjunto de genes que expresa una célula.

El análisis incluyó desde mamíferos como humanos y ratones, y vertebrados como el pez cebra, hasta invertebrados como tunicados, erizos de mar, moscas de la fruta, nematodos y esponjas, además de organismos unicelulares estrechamente relacionados con los animales, como Capsaspora owczarzaki y Salpingoeca rosetta.

Los resultados indican que las primeras células sanguíneas de la historia de la Tierra tenían características similares a los macrófagos actuales: células móviles encargadas de patrullar, ingerir y destruir patógenos. 

Estas estarían reguladas por el gen Fos, un elemento clave en la conservación de este programa ancestral de protección. Su presencia en organismos unicelulares sugiere que ya desempeñaba esta función reguladora mucho antes de la aparición de los animales, y que fue reutilizado para regular los primeros macrófagos.

“A menudo pensamos en nuestro sistema inmunitario como una innovación reciente de los vertebrados, pero este estudio nos recuerda que nuestra sangre arrastra una herencia genética mucho más antigua. Parte de las instrucciones con las que nuestro cuerpo combate hoy una infección ya existían en los océanos antes de que aparecieran los primeros animales”, explica Elena Casacuberta, investigadora principal del IBE que ha participado en el estudio.

El viaje evolutivo de la sangre

La investigación sugiere que, tras la aparición de estos macrófagos primordiales en los orígenes del linaje animal, se produjo una importante bifurcación evolutiva en los seres bilaterales (aquellos con simetría izquierda-derecha). La presencia de parásitos habría favorecido la aparición de una estirpe de células defensivas más especializada que los macrófagos: precursoras de los mastocitos, estaban equipadas con gránulos citotóxicos para combatir estas infecciones.

En los ancestros de los vertebrados esta línea celular se ramificó, dando lugar a distintos tipos celulares del sistema inmunitario y sanguíneo actual, incluyendo las células T, las células NK (asesinas naturales) y los eritrocitos. Por su parte, las células B, productoras de anticuerpos, habrían surgido directamente a partir de la rama evolutiva asociada a los macrófagos.

"Nuestros datos sugieren que las innovaciones biológicas más importantes de la naturaleza no surgen necesariamente de componentes completamente nuevos", explica Yosuke Nagahata, investigador del IBE y primer autor del estudio. "Aparecen cuando se reorganizan y regulan de otra manera los programas celulares antiguos que ya existían mucho antes de que surgiera el primer animal".

 Aparición y diversificación de las células sanguíneas. El origen de las células sanguíneas se remonta a hace aproximadamente 700 millones de años, cuando los antepasados de los seres humanos eran organismos unicelulares. Cuando estos antepasados evolucionaron hacia organismos multicelulares (animales), los macrófagos surgieron como las primeras células sanguíneas. A lo largo de la evolución posterior, diversas células sanguíneas, como los mastocitos, se diversificaron. Crédito: Yosuke Nagahata

El equipo también destaca un hallazgo relevante en la organización del sistema inmunitario: la posible aparición de un timo primitivo en regiones asociadas a las branquias de un ancestro cordado. Dado que las branquias son la principal zona de contacto con el exterior y una puerta de entrada para virus y bacterias, concentrar células destructoras en esa zona supuso una ventaja defensiva colosal.

El desarrollo recuerda a la historia evolutiva de la sangre

Una de las conclusiones más sorprendentes del estudio es que el proceso actual mediante el cual un organismo genera sus células sanguíneas (la hematopoyesis) conserva un vestigio directo de esta historia evolutiva.  

En modelos experimentales con ratones, los investigadores observaron que las poblaciones celulares más antiguas, como macrófagos y mastocitos, mantienen una mayor potencial de diferenciación que linfocitos más especializados como las células T y B. Este proceso de diferenciación celular durante el desarrollo podría reflejar el orden en el que surgieron estos tipos celulares a lo largo de la evolución. 

El equipo señala que el análisis transcriptómico no permite precisar cuándo surgieron los receptores clave de la inmunidad adaptativa moderna. Además, las redes regulatorias en especies no modelo requerirán validación experimental, y ampliar el estudio podría aportar nuevas claves sobre el origen de la vida multicelular.

Este estudio abre una ventana a la evolución de la vida multicelular, revelando cómo se reorganizaron las células animales hace 700 millones de años.

El estudio ha sido financiado principalmente por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS), el Ministerio de Ciencia e Innovación de España (MICIU) y fondos europeos FEDER. Los autores declaran no tener conflictos de interés.

Artículo referenciado: 

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).