(CNN) – Las cabezas de la mayoría de los animales son fácilmente identificables, pero hasta ahora los científicos no han podido decir lo mismo de las estrellas de mar.
Una estrella de mar tiene cinco brazos idénticos con una capa de “pies tubulares” debajo de ellos que pueden ayudar a la criatura marina a moverse a lo largo del fondo marino, lo que hace que los naturalistas se pregunten si las estrellas de mar tienen extremos delanteros y traseros definidos, y si tienen cabeza.
Pero una nueva investigación genética sugiere lo contrario: que las estrellas de mar son en gran medida cabezas que carecen de torso o cola y probablemente perdieron esas características evolutivamente con el tiempo.
Los investigadores dijeron que los extraños fósiles de los antepasados de las estrellas de mar, que parecían tener una especie de torso, tienen mucho más sentido en términos evolutivos a la luz de los nuevos hallazgos.
Los hallazgos fueron publicados el miércoles en la revista Nature.
“Es como si a la estrella de mar le faltara por completo una trompa, y se describe mejor como simplemente una cabeza arrastrándose por el fondo marino“, dijo en un comunicado el autor principal del estudio, Laurent Formery, académico postdoctoral de la Universidad de Stanford y la Universidad de California, Berkeley. . “No es en absoluto lo que los científicos han supuesto sobre estos animales”.
Las revelaciones, posibles gracias a nuevos métodos de secuenciación genética, podrían ayudar a responder algunas de las preguntas más importantes que aún quedan sobre los equinodermos, incluida su ascendencia compartida con los humanos y otros animales que no se parecen en nada a ellos.
Un plan corporal único
Las estrellas de mar pertenecen a un grupo llamado equinodermos, que incluye erizos de mar, dólares de arena y pepinos de mar. Estos inusuales animales tienen estructuras corporales únicas dispuestas en cinco secciones iguales que difieren mucho de los cuerpos simétricos de cabeza a cola de los animales bilaterales, cuyos lados izquierdo y derecho se reflejan entre sí.
Las estrellas de mar comienzan como huevos fertilizados que eclosionan y se convierten en larvas que flotan en el océano, como el plancton, durante semanas o meses antes de asentarse en el fondo del océano. Allí pasan por un proceso que transforma un cuerpo bilateral en forma de estrella o cuerpo pentaradial.
“Esto ha sido un misterio zoológico durante siglos”, dijo en un comunicado el coautor principal del estudio Christopher Lowe, biólogo marino y del desarrollo de la Universidad de Stanford. “¿Cómo se puede pasar de un plan corporal bilateral a un plan pentaradial y cómo se puede comparar cualquier parte de la estrella de mar con nuestro propio plan corporal?”
El plan corporal bilateral que tienen la mayoría de los animales proviene de acciones genéticas a nivel molecular que se pueden rastrear en las regiones de la cabeza y el tronco, o cuerpo principal, razón por la cual los vertebrados, como los humanos, y muchos invertebrados, incluidos los insectos, comparten una programación genética similar. Este descubrimiento le valió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1995.
Pero los equinodermos también comparten un ancestro común con animales bilaterales, lo que se suma al enigma que los investigadores están tratando de resolver.
“Cómo se relacionan las diferentes partes del cuerpo de los equinodermos con las que vemos en otros grupos de animales ha sido un misterio para los científicos desde que los hemos estado estudiando”, dijo el coautor del estudio, el Dr. Jeff Thompson, profesor de la Universidad de Southampton, en un comunicado. “En sus parientes bilaterales, el cuerpo se divide en cabeza, tronco y cola. Pero con sólo mirar una estrella de mar, es imposible ver cómo se relacionan estas secciones con los cuerpos de animales bilaterales”.
Descifrando el código de los equinodermos
Los investigadores detrás del nuevo estudio utilizaron escaneo por tomografía computarizada para capturar una vista tridimensional sin precedentes de la forma y estructura de las estrellas de mar.
Luego, los miembros del equipo utilizaron técnicas analíticas avanzadas para detectar dónde se expresaban los genes dentro del tejido y señalar secuencias específicas de ARN dentro de las células. La expresión genética ocurre cuando la información dentro de un gen se vuelve funcional.
Los marcadores moleculares específicos actúan como planos del plan corporal, dirigiendo cada célula a la región del cuerpo a la que pertenece.
“Si se quita la piel de un animal y se observan los genes implicados en la definición de una cabeza a partir de una cola, los mismos genes codifican estas regiones del cuerpo en todos los grupos de animales”, dijo Lowe. “Así que ignoramos la anatomía y preguntamos: ¿Hay un eje molecular escondido debajo de toda esta extraña anatomía y cuál es su papel en la formación de un plan corporal pentarradial en una estrella de mar?”
Aquí se muestra durante un análisis el sistema nervioso de una estrella de mar. Crédito: Laurent Formery.
Juntos, los datos crearon un mapa 3D para determinar dónde se expresaban los genes a medida que las estrellas de mar se desarrollaban y crecían. El equipo pudo determinar los genes que controlan el desarrollo del ectodermo de la estrella de mar, que incluye su piel y su sistema nervioso.
Se detectaron firmas genéticas asociadas con el desarrollo de una cabeza en todas las estrellas de mar, especialmente concentradas en el centro de la estrella y en el centro de cada extremidad. Pero la expresión genética para las secciones del torso y la cola estaba en gran medida ausente, lo que revela que las estrellas de mar “tienen el ejemplo más dramático de desacoplamiento de las regiones de la cabeza y el tronco que conocemos hoy”, dijo Formery, quien también es investigador en el Centro Chan. Zuckerberg BioHub, una organización de investigación sin fines de lucro en San Francisco.
La investigación fue financiada por Chan Zuckerberg BioHub, cofundado en 2021 por la Dra. Priscilla Chan y Mark Zuckerberg, así como por la NASA, la National Science Foundation y Leverhulme Trust.
“Cuando comparamos la expresión de genes en una estrella de mar con la de otros grupos de animales, como los vertebrados, parecía que faltaba una parte crucial del plan corporal”, dijo Thompson. “Los genes que normalmente participan en el diseño del tronco del animal no se expresaron en el ectodermo. Parece que todo el plan corporal de los equinodermos es más o menos equivalente a la cabeza de otros grupos de animales”.
Las estrellas de mar y otros equinodermos probablemente desarrollaron sus planes corporales únicos una vez que sus antepasados perdieron la región de su tronco, lo que les permitió moverse y alimentarse de manera diferente a otros animales.
“Nuestra investigación nos dice que el plan corporal de los equinodermos evolucionó de una manera más compleja de lo que se pensaba anteriormente y todavía hay mucho que aprender sobre estas intrigantes criaturas”, dijo Thompson. “Como alguien que los ha estudiado durante los últimos diez años, estos hallazgos han cambiado radicalmente mi forma de pensar sobre este grupo de animales”.
Descubriendo nuevos conocimientos
La investigación con animales se centra principalmente en aquellos que comparten similitudes con los humanos. Pero estudiar grupos como los equinodermos podría resolver algunos de los misterios más complejos sobre la evolución de la vida en la Tierra.
Los investigadores tiñeron el material genético de las estrellas de mar con etiquetas fluorescentes, lo que les permitió mapear el comportamiento de los genes de los animales. Crédito: Laurent Former.
“La mayoría de los animales no tienen sistemas nerviosos espectaculares y andan persiguiendo a sus presas; son animales modestos que viven en madrigueras en el océano. Por lo general, la gente no se siente atraída por estos animales y, sin embargo, probablemente representan cuánto comenzó la vida”, dijo Lowe.
Comprender cómo se han desarrollado animales como las estrellas de mar también podría permitir comprender las diversas formas en que las diferentes especies se mantienen saludables.
“Ciertamente, es más difícil trabajar en organismos que se estudian con menos frecuencia”, dijo en un comunicado el coautor del estudio Daniel Rokhsar, profesor de genética, genómica, evolución y desarrollo en la Universidad de California, Berkeley, e investigador en el BioHub Chan Zuckerberg.
“Pero si aprovechamos la oportunidad para explorar animales inusuales que operan de maneras inusuales, eso significa que estamos ampliando nuestra perspectiva de la biología, lo que eventualmente nos ayudará a resolver problemas tanto ecológicos como biomédicos”.
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