Un estudio revela la ubicación de la cabeza de la estrella de mar

estrella de mar Patiria miniata
La inusual simetría de cinco ejes de las estrellas de mar (Patiria miniata) ha confundido durante mucho tiempo nuestra comprensión de la evolución animal. Crédito: Chan Zuckerberg Biohub

El plan corporal de los equinodermos es equivalente a la cabeza de otros grupos de animales

Los cuerpos de las estrellas de mar y otros equinodermos se parecen más a cabezas, según una nueva investigación en la que participa la Universidad de Southampton.

La investigación ayuda a responder el misterio de cómo desarrollaron estas criaturas su distintivo cuerpo en forma de estrella, que ha desconcertado a los científicos durante mucho tiempo.

Los equinodermos son un grupo de animales que incluye estrellas de mar, erizos de mar y dólares de arena. Tienen un único plan corporal 'quíntuple simétrico', lo que significa que las partes de su cuerpo están dispuestas en cinco secciones iguales. Esto es muy diferente de sus ancestros bilaterales, que tenían un lado izquierdo y otro derecho que se reflejan entre sí, como en los humanos y muchos otros animales.

"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 estudiamos", dice el Dr. Jeff Thompson, coautor del estudio del Universidad de Southampton. "En nuestros 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 los animales bilaterales".

Laurent Formery con estrellas de mar

Imagen: El investigador postdoctoral Laurent Formery (izquierda) y el profesor de biología Christopher Lowe con una estrella de mar en la costa de la Estación Marina Hopkins de Stanford, en Monterey, California. (Crédito de la imagen: LiPo Ching / Universidad de Stanford)

En el nuevo estudio, dirigido por Laurent Formery y el profesor Chris Lowe de la Universidad de Stanford, los científicos compararon los marcadores moleculares de una estrella de mar con otros deuteróstomos, un grupo animal más amplio que incluye equinodermos y animales bilaterales, como los vertebrados. Comparten un ancestro común, por lo que, al comparar su desarrollo, los científicos pudieron aprender más sobre cómo desarrollaron los equinodermos su plan corporal único.

Los investigadores utilizaron una variedad de técnicas moleculares y genómicas de alta tecnología para comprender dónde se expresaban los diferentes genes durante el desarrollo y crecimiento de las estrellas de mar. El equipo de Southampton utilizó micro-CT para comprender la forma y estructura del animal con un detalle sin precedentes.

microTC de una estrella de mar

Imagen: Exploración por microTC de una estrella de mar que muestra el esqueleto (gris), el sistema digestivo (amarillo), el sistema nervioso (azul), los músculos (rojo) y el sistema vascular del agua (púrpura). Crédito: Universidad de Southampton

Luego, investigadores de Stanford, en colaboración con el profesor Dan Rokhsar de la UC Berkeley y Pacific BioSciences, utilizaron 'tomografía de ARN' e 'hibridación in situ' para crear un mapa tridimensional de la expresión genética en la estrella de mar y descubrir dónde se expresan genes específicos durante el desarrollo.

Específicamente, mapearon la expresión de genes que controlan el desarrollo del ectodermo, que incluye el sistema nervioso y la piel. Se sabe que esto marca el patrón anteroposterior (de adelante hacia atrás) en los cuerpos de otros deuteróstomos.

Descubrieron que este patrón se correlacionaba con el eje de la línea media al lateral de los brazos de las estrellas de mar: la línea media del brazo representaba la parte delantera y las partes laterales más externas, más parecidas a la parte posterior. En los deuteróstomos, hay un conjunto distinto de genes expresados en el ectodermo del tronco. Pero en la estrella de mar, muchos de estos genes no se expresan en absoluto en el ectodermo.

microTC de estrella de mar teñidaImagen derecha: Al teñir el material genético con etiquetas fluorescentes, los investigadores pueden examinar cómo se comportan los genes clave en el cuerpo de la estrella de mar. Crédito: Laurent Formery

El Dr. Thompson explica: "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. 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 aproximadamente equivalente a la cabeza de otros grupos de animales".

Esto sugiere que las estrellas de mar y otros equinodermos pueden haber evolucionado su plan corporal de cinco secciones al perder la región del tronco de sus ancestros bilaterales. Esto habría permitido a los equinodermos moverse y alimentarse de manera diferente a los animales bilateralmente simétricos.

"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", dice el Dr. 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".

La investigación se ha publicada hoy [1 de noviembre] en Nature: Molecular evidence of anteroposterior patterning in adult echinoderms

Etiquetas: CabezaEstrella de mar

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