Un mismo gen controla las neuronas bipolares de la cola en los tunicados y los ganglios sensoriales craneales de los vertebrados
Tener cabeza es toda una ventaja. Aunque esto puede parecer banal, tuvo que ser probado por la evolución en un largo proceso: a medida que se desarrollaba la vida animal, fueron los invertebrados quienes inicialmente dominaron los océanos.
Estos ya poseían estructuras de cabeza, pero fue el desarrollo de una novedosa y mejorada cabeza lo que condujo al éxito de los vertebrados.
Esta 'nueva cabeza' permitió una amplia distribución espacial y la multiplicación de células sensoriales y, por lo tanto, una percepción mucho mejor del entorno. Esto también fue esencial para el desarrollo de un estilo de vida depredador.
Cuando se transmiten estímulos externos al cerebro de los vertebrados, los ganglios sensoriales craneales juegan un importante papel. Estos pueden considerarse como nódulos nerviosos distribuidos por toda la cabeza que reciben información de los órganos sensoriales. Hasta ahora, los científicos no sabían cómo se formaron exactamente estos ganglios. Un estudio publicado en "Nature" encontró ahora respuestas.
Prototipo de los vertebrados
El grupo de investigación de Ute Rothbächer del Instituto de Zoología de la Universidad de Innsbruck se implicó de manera decisiva en la última fase del proyecto, una colaboración internacional de varias instituciones concebida por la Universidad de Oxford.
Sus hallazgos muestran que los ganglios sensoriales craneales de los vertebrados surgen de un programa genético que también se encuentra en sus parientes vivos más cercanos, los tunicados o 'ascidias'. En las larvas de los tunicados, ciertas neuronas sensoriales, llamadas neuronas bipolares de la cola, se encuentran en la región de la cola. Estas procesan estímulos externos, pero también son responsables del movimiento del animal. En ambos subfilos animales, las respectivas estructuras están formadas por el gen Hmx.
"Los tunicados son como un prototipo evolutivo para los vertebrados", explica Rothbächer.
"Existe una gran brecha anatómica entre los adultos de estos subfilos, ya que están adaptados a nichos ecológicos. Esto complica la investigación sobre su evolución. Las estructuras y mecanismos comunes solo pueden identificarse en la etapa embrionaria: nuestro ancestro común probablemente era muy similar a una larva tunicada".
Los organismos modelo del estudio fueron la lamprea, un primitivo pez que se asemeja a una anguila y al que a menudo se hace referencia como un "fósil viviente", y el tunicado Ciona intestinalis, que está rodeado por un manto tubular amarillento que protege al animal y filtra la comida.
Imagen: Actividad de Lamprea Hmx CNE en embriones transgénicos de lamprea y Ciona.
El gen conservado
Alessandro Pennati, estudiante de doctorado en el grupo de investigación de Rothbächer, proporcionó datos decisivos sobre la función del gen Hmx en el Ciona. Aplicó la tecnología genética CRISPR-Cas9 para eliminar selectivamente secuencias genéticas, mientras que utilizó el método de transgénesis transitoria para sobreexpresar genes.
Los investigadores encontraron que Hmx controla el desarrollo de las neuronas bipolares de la cola en los tunicados, mientras que en los vertebrados lo hace para los ganglios sensoriales craneales. Sorprendentemente, los segmentos del gen Hmx de lamprea insertados en el ADN de Ciona eran igualmente activos que el propio Hmx de Ciona.
"Se ha demostrado que Hmx es un gen central que se ha conservado a lo largo de la evolución. Ha conservado su función y estructura originales y probablemente se encontró de esta forma en el ancestro común de vertebrados y tunicados", explica Pennati.
Los ganglios sensoriales craneales y las neuronas bipolares de la cola tienen, por lo tanto, el mismo origen evolutivo, Hmx probablemente estuvo involucrado de manera crucial en la formación de órganos sensoriales de cabeza altamente especializados en vertebrados.
El estudio fue publicado en Nature: Hmx gene conservation identifies the origin of vertebrate cranial ganglia
Imagen de cabecera: Un embrión del tunicado Ciona intestinalis. La imagen del microscopio muestra neuronas bipolares de la cola en la región de la cola (verde) y células epidérmicas (magenta)
