Una investigación de la Universidad de Stanford ha demostrado que la metamorfosis puede alterar profundamente las funciones de las células en el gusano bellota Schizocardium californicum, un organismo marino del océano Pacífico cuyo desarrollo fue examinado en 5 etapas distintas.
El trabajo, divulgado en la revista Nature Communications, plantea un replanteamiento sobre cómo ocurre la metamorfosis en los animales, un proceso mediante el cual un ser vivo cambia de forma y estructura hasta alcanzar su estado adulto.
Hasta el momento, algunas teorías sostenían que las células larvarias morían y eran reemplazadas por células adultas, mientras que otras proponían que conservaban su función al pasar de una etapa a otra. El equipo de Stanford encontró evidencias de que muchas células de la larva ni desaparecen ni mantienen su tarea original, sino que modifican su destino. Según los autores, incluso las neuronas asumieron nuevas funciones en el organismo adulto.
Seguimiento celular detallado
Los investigadores analizaron más de 87.000 células del gusano bellota mediante secuenciación de ARN de células individuales para seguir su desarrollo. El estudio incluyó muestras de larvas tempranas y tardías, la fase de metamorfosis, y juveniles tempranos y tardíos.
Con esos datos, el equipo clasificó las células en 12 categorías, como cartílago, sistema inmunitario y piel. Al compararlas, observaron que muchas células larvarias se parecían más entre sí que a las adultas encargadas de la misma función.
Un caso destacado fue el de las neuronas: las neuronas larvarias mostraron mayor similitud con células intestinales larvarias que con neuronas adultas. Ese patrón se repitió en más de la mitad de los casos, lo que los autores interpretan como señal de una reprogramación amplia.
Christopher Lowe, autor principal del estudio y profesor de biología en Stanford, explicó:
“la reprogramación es un concepto un tanto exótico en la biología del desarrollo”.
También señaló que, por lo general, se pensaba que a medida que las células maduraban, su función quedaba cada vez más restringida.
Excepciones y persistencia celular
El trabajo sí encontró excepciones: las células musculares y algunas del mesodermo —tejido que contribuye a formar ciertos órganos— mantuvieron la misma función desde la etapa larvaria hasta la juvenil (cuando el animal deja de ser larva y empieza a adquirir el aspecto juvenil). Sin embargo, ese comportamiento no fue dominante; la mayoría de las observaciones apuntaron a cambios profundos en el destino celular durante la metamorfosis.
Paul Bump, primer autor del estudio y exdoctorando en el laboratorio de Lowe en la Estación Marina Hopkins de Stanford, añadió otra prueba: marcó células de la etapa larvaria con un tinte persistente antes de la transformación y luego las rastreó para verificar si seguían presentes en el organismo adulto. Ese procedimiento confirmó que sobrevivían al cambio de etapa. Lowe afirmó:
“esto sugiere que las células no están muriendo a gran escala; en realidad, se están conservando”.
Este hallazgo se vincula con una investigación anterior publicada en Open Ukrainian Citation Index sobre el mismo gusano bellota, que ya mostraba que la muerte celular es limitada en la fase larvaria y aumenta con el inicio del proceso de cambio. Ese artículo también proponía que la formación del organismo adulto no se explica solo por la desaparición de tejidos larvarios y la aparición de otros nuevos, idea que ahora se amplía con la evidencia de reprogramación celular observada por el equipo de Stanford.
Contradicción a una idea extendida
A partir de la secuenciación de ARN, los investigadores concluyeron que las células persistentes se volvían muy distintas en su tipo celular, respaldando la idea de que las células larvarias se reprograman hacia nuevos destinos durante la metamorfosis. Lowe afirmó que esa interpretación
“contradice lo que la mayoría de los científicos habrían predicho”.
El estudio sostiene que no se trata de un fenómeno asociado a lesiones o regeneración, sino de un mecanismo propio del desarrollo normal del animal.
Según la investigación, este sería el primer caso conocido de un animal con simetría bilateral que muestra una reprogramación celular extensa durante su desarrollo normal. La simetría bilateral significa que el cuerpo tiene dos lados que se corresponden entre sí, como el lado derecho e izquierdo de los humanos.
Investigaciones previas que habían detectado algo similar se concentraban en esponjas y medusas, organismos más alejados de los humanos en el árbol evolutivo. En cambio, los gusanos bellota pertenecen al filo Hemichordata, considerado un vínculo evolutivo de los vertebrados.
Un organismo poco convencional
Trabajar con Schizocardium californicum presentó dificultades porque no es una especie de uso frecuente en investigación, lo que obligó a adaptar herramientas y técnicas empleadas con otros animales de laboratorio. Sin embargo, ese carácter poco habitual fue parte del interés científico: el laboratorio de Lowe se especializa en organismos marinos no modelo, con la idea de que pueden aportar información sobre su propio crecimiento y sobre la historia evolutiva de numerosos animales.
El estudio también compara a este gusano con Saccoglossus kowalevskii, conocido como gusano bellota de Virginia, un pariente de desarrollo directo que ya ha sido investigado ampliamente. En ese caso, el animal sale del huevo con una estructura de gusano que conservará toda su vida. En cambio, la larva joven del análisis no se parece a su aspecto adulto. Para Lowe, esa diferencia visible por fuera también se expresa en el interior del organismo.
“Se puede observar este proceso de metamorfosis y ver físicamente cómo las cosas cambian radicalmente, pero esta transformación morfológica también se refleja en un cambio masivo en los componentes celulares”, afirmó.
Un proceso común, aún poco comprendido
La investigación recuerda que, a diferencia de los humanos, cerca del 80% de las especies animales atraviesan metamorfosis. Pese a ello, el funcionamiento de ese proceso a nivel celular todavía no se comprende por completo.
El equipo sostiene que el enfoque habitual en organismos de desarrollo directo, como ratones y peces cebra, deja una laguna importante para entender el desarrollo indirecto, en el que existe una fase larvaria antes del estado adulto. Con este estudio, los autores proponen que la transformación no solo modifica la forma externa del cuerpo, sino que implica un cambio masivo en la identidad y función de las células.
Fuente: Infobae