La remodelación dinámica puede ser un rasgo exclusivo de los vertebrados
Investigadores del Centro de Innovación Biomimética de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Bremen han realizado descubrimientos pioneros sobre cómo el estrés mecánico moldea la ultraestructura de los esqueletos de las estrellas de mar.
Su estudio ofrece el primer análisis en profundidad de cómo los esqueletos de estrellas de mar responden a diferentes condiciones de estrés, revelando nuevos conocimientos sobre los mecanismos evolutivos que impulsan la adaptación esquelética.
Si bien las estrellas de mar son ampliamente reconocidas (especialmente gracias a íconos de la cultura pop como Patricio Estrella en Bob Esponja), su notable estructura interna a menudo pasa desapercibida. Al compartir un linaje evolutivo con los vertebrados, las estrellas de mar sirven como poderosos modelos para estudiar el desarrollo de los endoesqueletos.
Sus esqueletos están formados por miles de pequeños elementos similares a huesos, llamados osículos, que presentan una estructura compleja y porosa sorprendentemente similar a los huesos humanos y de otros vertebrados. Según el autor principal Raman y sus colegas, estos osículos exhiben adaptaciones microestructurales que reflejan las cargas mecánicas que experimentan, lo que demuestra un principio universal de adaptación al estrés.
Vídeo: Cada osículo presenta una porosidad interna compleja. El estudio demuestra que esta porosidad se correlaciona con el estrés mecánico que experimenta el osículo, de forma muy similar a cómo los huesos humanos se adaptan al estrés mecánico.
"Si bien la mayoría de las personas reconocen la forma icónica de una estrella de mar, pocos han considerado la complejidad de su esqueleto interno. Nuestros hallazgos no solo hacen avanzar la comprensión de la biomecánica de las estrellas de mar, sino que también arrojan luz sobre conceptos evolutivos fundamentales de la adaptación esquelética", afirma el autor principal Raman.
Uniendo la biología y la biomecánica
Mediante el uso de microtomografía de rayos X de última generación y modelado computacional, los investigadores examinaron la arquitectura 3D y la distribución de la tensión de los osículos de las estrellas de mar. Descubrieron que las regiones sometidas a mayor estrés mecánico desarrollaban microestructuras estereoscópicas más gruesas, un principio que se observa de forma similar en los huesos de los vertebrados.
Imagen derecha: Imágenes microCT del esqueleto de la estrella de mar Asterias rubens. Crédito: Acta Biomaterialia (2024). DOI: 10.1016/j.actbio.2024.12.032
Sin embargo, el estudio también reveló una distinción fundamental: a diferencia de los huesos de los vertebrados, que pueden remodelar dinámicamente su microestructura con el tiempo, los osículos de las estrellas de mar carecen de esta capacidad. Esto indica que, si bien el vínculo entre el estrés y la adaptación estructural es fundamental para los esqueletos mesodérmicos dentro del grupo Deuterostomia, la remodelación dinámica puede ser un rasgo exclusivo de los vertebrados.
"Los conocimientos adquiridos no sólo amplían nuestra comprensión de la evolución de los esqueletos, sino que también ofrecen posibles impulsos para aplicaciones en biomedicina y construcción ligera", afirma el Prof. Dr. Jan Henning Dirks. "Al demostrar cómo las estructuras rígidas se adaptan a las cargas externas a pesar de las limitadas capacidades de remodelación, los esqueletos de estrellas de mar ofrecen una valiosa inspiración para el desarrollo de nuevos materiales o principios de construcción".
El trabajo se ha realizado en total conformidad con la legislación alemana y europea en materia de protección de los animales. Siguiendo los principios de la buena práctica científica, se han aplicado estrictas normas éticas para sustituir y reducir el número de especímenes y perfeccionar los métodos experimentales siempre que ha sido posible. Los análisis se realizaron en estrellas de mar muertas, capturadas incidentalmente en expediciones científicas.
El estudio se ha publicado en la revista Acta Biomaterialia: The ultrastructure of the starfish skeleton is correlated with mechanical stress
