La metamorfosis secreta del erizo de mar: cómo funciona su sorprendente “todo-cerebro”

Una especie de erizo de mar que lleva el nombre científico Paracentrotus lividus vive entre las rocas del Mediterráneo y el Atlántico oriental. Allí se camufla con sus púas y tiene un papel importante en los ecosistemas costeros.

Hasta hace poco, la comunidad científica creía que se trataba de un animal sin cerebro, con solo una red de nervios poco organizada y lejos de la complejidad de los vertebrados.

Sin embargo, una nueva investigación abrió un debate: se detectó una estructura nerviosa mucho más compleja de lo esperado.

Los resultados, que fueron publicados en la revista Science Advances de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia, sugieren que los erizos juveniles cuentan con un sistema tipo “todo-cerebro”, que es capaz de procesar información en diferentes partes del cuerpo.

En diálogo con Infobae desde Nápoles, Italia, la bióloga molecular y y líder del estudio, María Ina Arnone, de la Estación Zoológica Anton Dohrny, comentó: “La evolución tomó muchos caminos diferentes para resolver problemas biológicos similares, y esa diversidad puede dificultarnos la comprensión de sistemas nerviosos tan distintos al nuestro. Sin embargo, esa diversidad es precisamente lo que los hace fascinantes”

Ahora, “podemos examinar cómo diferentes organismos organizan sus sistemas nerviosos centrales. También nos permite explorar los orígenes de la centralización del sistema nervioso en animales que no poseen un cerebro tal y como lo imaginamos normalmente”, resaltó.

La investigación tuvo a Periklis Paganos como primer autor en colaboración con colegas de la Estación Zoológica Anton Dohrn, en Italia, el Museo Leibniz de Berlín, Alemania y el Instituto de Genómica Funcional de Lyon, en Francia.

La metamorfosis que nadie había contado

Los científicos sabían mucho del desarrollo temprano de los erizos y de cómo la larva pasa a formas adultas.

Pero quedaba un misterio: nadie había estudiado con detalle qué tipos de células aparecen en el cuerpo juvenil durante la metamorfosis y cómo se organizan las neuronas y los sensores de luz.

El grupo se preguntó si estos seres, tras la metamorfosis, desarrollaban tipos celulares nuevos o simplemente reciclaban los que ya existían en la etapa larval.

Para encontrar respuestas, decidieron observar en profundidad el repertorio celular de individuos juveniles.

Buscaron descifrar la cantidad y la especialización de las neuronas y fotorreceptores, dos componentes clave que marcan la diferencia entre una vida simple y una vida con mayores capacidades sensoriales.

También quisieron mapear los genes activos en cada célula y compararlos entre larvas y juveniles.

Este enfoque podría contribuir a una mejor comprensión sobre cómo evolucionan los sistemas nerviosos complejos y puede inspirar más investigaciones en otros animales marinos.

El mapa celular del erizo

Para la investigación, el equipo recogió erizos juveniles de apenas dos semanas y diseñó una técnica que les permitió separar los núcleos celulares a pesar del esqueleto rígido que protege el cuerpo.

Analizaron dieciocho ejemplares nacidos en laboratorios distintos para tener una visión amplia.

Emplearon una herramienta moderna llamada secuenciación de núcleos (snRNA-seq), que revela la identidad y función de cada célula. En total, lograron mapear 25.000 núcleos distribuidos en cuarenta y ocho grupos celulares.

“Resultó un desafío considerable, ya que para aplicar estos métodos de secuenciación de célula única es necesario disociar los tejidos con la suficiente fuerza para disolver el esqueleto, pero al mismo tiempo conservar células viables”, detalló la doctora Arnone al ser entrevistada por Infobae.

“Resolvimos este problema en nuestro laboratorio en Nápoles y en colaboración con los investigadores de Alemania y Francia. Utilizamos erizos de mar juveniles, que presentan un esqueleto más blando y no completamente formado, y desarrollamos un protocolo que permitió aislar núcleos viables”, acotó.

La sorpresa del sistema nervioso del erizo

Al estudiar los erizos juveniles, los investigadores identificaron ocho grandes tipos de células, entre ellas neuronas, músculos, células de la piel, defensas y células relacionadas con el sistema digestivo.

La mayor sorpresa fue encontrar un número inesperado de neuronas y de células especializadas en la detección de luz.

El análisis reveló 29 tipos diferentes de neuronas y 15 grupos distintos de células fotorreceptoras, lo que demuestra que el sistema nervioso del erizo es mucho más complejo de lo que se pensaba.

Los especialistas observaron que cada tipo de célula fotorreceptora expresa combinaciones específicas de genes relacionados con la visión en otros animales.

Algunas neuronas y células sensoriales presentan rasgos genéticos semejantes a los que se ven en vertebrados, como peces o mamíferos.

El equipo de investigadores detectó que genes normalmente asociados al cerebro de otros animales también se activan a lo largo del sistema nervioso del erizo.

Un resultado especial del estudio fue la detección, en una misma célula, de dos proteínas que responden a la luz: melanopsina y Go-opsina.

De acuerdo con los investigadores, esa combinación no se había identificado antes en animales del grupo de los deuteróstomos, al que pertenecen los propios humanos.

Por medio de técnicas avanzadas de imágenes tridimensionales y análisis moleculares, los especialistas localizaron estas nuevas células sensoriales principalmente en los pies ambulacrales, que permiten al erizo moverse y percibir su entorno.

El análisis genético demostró que el sistema nervioso de Paracentrotus lividus puede coordinar diferentes funciones sensoriales en todo el cuerpo.

Los datos muestran que gran parte del cuerpo del erizo juvenil concentra funciones nerviosas propias de una cabeza, y que su sistema nervioso se distribuye de forma tan integrada que puede considerarse como un “todo-cerebro“.

A pesar de estos avances, los especialistas reconocen que aún quedan muchas preguntas sin responder. Proponen examinar si estos tipos celulares se hallan en otros erizos y cómo evolucionan durante el crecimiento.

También advierten que es necesario realizar más estudios para entender la función exacta de cada célula.

Si bien queda por entender cómo ocurre exactamente el paso entre la etapa de larva y la juvenil de los erizos, los resultados ponen en entredicho las ideas clásicas sobre lo que significa tener cerebro en el mundo animal y abren la puerta a nuevos secretos biológicos ocultos en el océano.