La diferenciación germino-soma es el proceso por el cual los organismos desarrollan células germinales y somáticas diferenciadas. El desarrollo de la diferenciación celular ha sido uno de los aspectos críticos de la evolución de la multicelularidad y la reproducción sexual en los organismos. La multicelularidad ha evolucionado más de 25 veces, [1] y debido a esto existe una gran posibilidad de que múltiples factores hayan dado forma a la diferenciación de las células. Hay tres tipos generales de células: células germinales , células somáticas y células madre . Las células germinales conducen a la producción de gametos, mientras que las células somáticas realizan todas las demás funciones dentro del cuerpo. Dentro de la amplia categoría de células somáticas, existe una mayor especialización a medida que las células se especifican para ciertos tejidos y funciones. Además, las células madre son células indiferenciadas que pueden convertirse en una célula especializada y son el tipo de célula más antiguo en un linaje celular. [2] Debido a la diferenciación en la función, las células somáticas se encuentran solo en organismos multicelulares, ya que en los unicelulares los propósitos de las células somáticas y germinales se consolidan en una sola célula .
Todos los organismos con diferenciación germino-soma son eucariotas y representan un nivel adicional de especialización a los organismos multicelulares. La diferenciación germino-soma pura se ha desarrollado en un número selecto de eucariotas (llamados weismannistas ); en esta categoría se incluyen vertebrados y artrópodos ; sin embargo, las plantas terrestres, las algas verdes, las algas rojas, las algas pardas y los hongos tienen una diferenciación parcial. [3] Si bien una parte significativa de los organismos con diferenciación germino-soma son asexuales , esta distinción ha sido imperativa en el desarrollo de la reproducción sexual; la especialización de ciertas células en células germinales es fundamental para la meiosis y la recombinación .
La estricta división entre células somáticas y germinales se denomina barrera de Weismann, en la que la información genética transmitida a la descendencia se encuentra solo en las células germinales. Esto ocurre solo en organismos selectos, sin embargo, algunos sin barrera de Weismann presentan diferenciación germino-soma. Estos organismos incluyen plantas terrestres , muchas algas , invertebrados y hongos cuyas células germinales se derivan de células somáticas previas en lugar de células madre. La barrera de Weismann es esencial para el concepto de una línea germinal inmortal, que transmite información genética a través de células germinales designadas.
Los organismos con diferenciación germino-soma pero sin barrera de Weismann a menudo se reproducen a través de embriogénesis somática .
No existe una única teoría ampliamente aceptada sobre los orígenes de la diferenciación somática-germinal; sin embargo, muchas de las que existen se basan en la ventaja evolutiva de la pluricelularidad diferenciada, que le ha permitido sobrevivir. Estas teorías incluyen el desarrollo de estructuras de organización colonial en las que la división del trabajo entre células permitió mejoras en la adaptación.
La división del trabajo en los organismos multicelulares puede ofrecer ventajas significativas sobre sus contrapartes unicelulares. La división puede permitir que los organismos se vuelvan más grandes o interactúen con los entornos (y así llenar diferentes nichos ) que aumentan la aptitud . Además de los beneficios internos, hay evidencia de que estos también mejoran las defensas contra la depredación. [4] Por otro lado, la multicelularidad conlleva un mayor uso de energía dedicada a mantener la homeostasis en lugar de a la reproducción.
Una de las principales teorías sobre la proliferación de organismos con diferenciación celular es la hipótesis del trabajo sucio. Esta hipótesis postula que cuando un organismo tiene células diferenciadas, las células somáticas son capaces de dedicar energía únicamente a mantener la homeostasis en lugar de la reproducción, mientras que las células germinales hacen lo contrario. Una razón propuesta para el éxito relativo del sistema de organización del "trabajo sucio" es que ayuda a gestionar los efectos perjudiciales de la actividad metabólica y permite una distribución más eficiente de la energía en todo el organismo. [5] La otra razón principal propuesta es que evita que la actividad metabólica dentro de la célula dañe el material genético. Dicha actividad en las mitocondrias y los cloroplastos crea subproductos mutagénicos , por lo que en los organismos con diferenciación donde las células germinales no participan en la actividad metabólica, la línea germinal no se ve afectada. [5] [6]
Debido a la naturaleza de la investigación sobre el origen de la vida y la multicelularidad, ha sido difícil obtener un estudio de caso que sea óptimo para observar la diferenciación de la línea germinal somática. Un caso que se ha estudiado ampliamente es el de los organismos de la familia Volvocacaeae . Dentro de las volvocavea, hay mucha diversidad en la estructura organizacional, y algunos organismos son unicelulares , coloniales o (posiblemente) multicelulares. [7] Dentro de las algas volvocinas se han identificado tres genes como cruciales para el desarrollo de células somáticas que regulan la codificación de la división asimétrica de las células, lo que impide el desarrollo reproductivo de las células somáticas y previene el desarrollo de características somáticas en las células germinales (como las destinadas a la movilidad o la actividad metabólica [8] ).