La multicellularità si è evoluta in modo indipendente più volte in diversi lignaggi, inclusi batteri, Archaea ed Eukarya. La multicellularità complessa, che coinvolge la differenziazione dei tessuti e la formazione degli organi, è infatti più comune negli eucarioti che nei batteri. Mentre alcune specie batteriche possono formare semplici strutture multicellulari, come biofilm o colonie, la complessità e la diversità della multicellularità osservata negli eucarioti non hanno eguali nel dominio batterico. Ecco alcuni motivi per cui la multicellularità complessa è più prevalente negli eucarioti:

1. Complessità genetica:gli eucarioti hanno un'architettura genetica più elaborata rispetto ai batteri. I loro genomi sono molto più grandi e organizzati in più cromosomi all'interno di un nucleo legato alla membrana. Questa complessità genomica consente l’evoluzione e la regolazione di una vasta gamma di geni coinvolti nella differenziazione e specializzazione cellulare, che sono cruciali per la costruzione di organismi multicellulari.

2. Compartimentalizzazione e sistemi di membrane:le cellule eucariotiche sono caratterizzate da estesi sistemi di membrane, tra cui la membrana nucleare, il reticolo endoplasmatico, l'apparato di Golgi, i lisosomi e vari altri organelli. Questi compartimenti della membrana facilitano la compartimentazione cellulare, consentendo funzioni specializzate all'interno di diverse regioni della cellula. Questa compartimentazione è fondamentale per coordinare le attività di diversi tipi di cellule in un organismo multicellulare.

3. Comunicazione e segnalazione cellula-cellula:gli eucarioti hanno sviluppato complessi sistemi di comunicazione cellula-cellula che consentono un comportamento coordinato e un'organizzazione dei tessuti. Ciò include la produzione di molecole di segnalazione (ad esempio fattori di crescita, ormoni), molecole di adesione cellulare e la formazione di giunzioni cellula-cellula specializzate (ad esempio giunzioni gap, desmosomi). Questi meccanismi di segnalazione sono vitali per regolare la differenziazione cellulare, lo sviluppo dei tessuti e il mantenimento dell’integrità dei tessuti.

4. Divisione cellulare e citocinesi:gli eucarioti hanno un sofisticato processo di divisione cellulare chiamato mitosi, che garantisce la precisa segregazione del materiale genetico durante la divisione cellulare. Ciò porta alla generazione di cellule figlie geneticamente identiche, essenziali per il mantenimento dell'integrità dei tessuti e la trasmissione fedele delle informazioni genetiche durante lo sviluppo. Al contrario, la divisione cellulare batterica è meno regolamentata e spesso porta alla formazione di una progenie geneticamente eterogenea.

5. Matrice extracellulare e movimento cellulare:la matrice extracellulare (ECM) è una complessa rete di molecole secrete dalle cellule eucariotiche. Fornisce supporto strutturale, media le interazioni cellula-cellula e facilita il movimento cellulare. La presenza dell'ECM consente l'organizzazione dei tessuti e il comportamento cellulare coordinato necessari per la multicellularità complessa. Le cellule batteriche, d’altro canto, tipicamente non producono un’estesa ECM.

6. Complessità evolutiva e tempo:l'evoluzione della multicellularità complessa è un processo complesso che probabilmente ha richiesto una serie di innovazioni e adattamenti evolutivi. La storia evolutiva e le scale temporali degli eucarioti e dei batteri differiscono in modo significativo. Gli eucarioti hanno avuto più tempo per accumulare cambiamenti genetici e sottoporsi a sperimentazioni evolutive che avrebbero potuto facilitare l’emergere di una complessa multicellularità.

È importante notare che queste ragioni non si escludono a vicenda e la loro interazione ha contribuito alla prevalenza della multicellularità complessa negli eucarioti rispetto ai batteri.