Las neuronas de un gusano marino desafían lo que se sabía sobre la metamorfosis animal, según Stanford

Un estudio liderado por la Universidad de Stanford encontró que la metamorfosis puede reprogramar de manera extensa las funciones de las células en el gusano bellota Schizocardium californicum, un organismo del océano Pacífico cuyo desarrollo fue analizado en 5 etapas.

La investigación publicada en la revista Nature Communications plantea un cambio de enfoque sobre cómo ocurre la metamorfosis en los animales; es un proceso por el cual un ser vivo cambia de forma y de estructura durante su desarrollo hasta llegar a su etapa adulta.

Hasta ahora, una parte de las teorías sostenía que las células larvarias morían y eran sustituidas por otras adultas, mientras que otra línea proponía que conservaban su función al pasar de una etapa a otra.

En este caso, el equipo halló pruebas de que muchas células de la larva no desaparecen ni mantienen necesariamente la misma tarea, sino que cambian de destino. Según los autores, incluso las neuronas pasaron a cumplir nuevas funciones en el organismo adulto.

El seguimiento del desarrollo

Los investigadores analizaron más de 87.000 células del gusano bellota y aplicaron secuenciación de ARN de células individuales para seguir el desarrollo del animal. El trabajo incluyó muestras de larvas tempranas y tardías, la fase de metamorfosis y juveniles tempranos y tardíos.

De acuerdo con Phys.org, con esos datos el equipo clasificó las células en 12 categorías, entre ellas cartílago, sistema inmunitario y piel. A partir de esa comparación, observaron que muchas células larvarias se parecían más entre sí que a las adultas encargadas de la misma función.

Uno de los ejemplos más citados fue el de las neuronas. Las neuronas larvarias mostraron mayor semejanza con células intestinales larvarias que con neuronas adultas. Ese patrón apareció en más de la mitad, un resultado que los autores interpretan como señal de una reprogramación amplia.

Christopher Lowe, autor principal del estudio y profesor de biología en Stanford, explicó que “la reprogramación es un concepto un tanto exótico en la biología del desarrollo”. También señaló que, de forma general, se pensaba que, a medida que las células avanzaban en su maduración, su función quedaba cada vez más restringida.

Las excepciones no cambiaron la regla

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. Es el paso en el que un animal deja de ser larva y empieza a adquirir el aspecto de un joven de su especie.

Aun así, ese comportamiento no fue el dominante en el conjunto de las examinadas. El trabajo sostiene que la mayor parte de las observaciones apuntó en sentido contrario y mostró cambios profundos en el destino celular durante la metamorfosis.

Paul Bump, primer autor del estudio y exestudiante de doctorado en el laboratorio de Lowe en la Estación Marina Hopkins de Stanford, añadió otra prueba para seguir el proceso. Marcó algunas células correspondientes a 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 permitió comprobar que sobrevivían al cambio de etapa. Lowe afirmó que “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 había mostrado que la muerte celular es limitada en la fase larvaria y aumenta con el inicio del proceso de cambio.

Ese artículo científico también proponía que la formación del organismo adulto no se explica solo por la desaparición de tejidos larvarios y la aparición de otros nuevos, una idea que ahora se amplía con la evidencia de reprogramación celular observada por el equipo de Stanford.

El hallazgo contradice una idea extendida

A partir de la secuenciación de ARN, los investigadores concluyeron que esas células persistentes se volvían muy distintas en su tipo celular. Para el equipo, eso respalda 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 que aparece en la formación 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 2 lados que se corresponden entre sí, como el lado derecho e izquierdo de los seres humanos.

Las investigaciones previas que habían detectado algo similar se habían concentrado en esponjas y medusas. Esos organismos están más alejados de los humanos en el árbol evolutivo, mientras que los gusanos bellota pertenecen al filo Hemichordata, considerado un vínculo evolutivo de los vertebrados.

Un organismo poco habitual

El trabajo con Schizocardium californicum presentó dificultades porque no se trata de una especie utilizada de forma frecuente en investigación; eso obligó a adaptar herramientas y técnicas que suelen emplearse con otros animales de laboratorio.

Sin embargo, ese carácter poco habitual fue parte del interés científico del equipo. 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 en ocasiones como gusano bellota de Virginia, un pariente de desarrollo directo que ya ha sido investigado con mayor amplitud. En ese caso, el animal sale del huevo con una estructura de gusano que conservará durante 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 entendido

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 foco 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 puede implicar un cambio masivo en la identidad y función de las células.