La bolsa incubadora cumple las funciones del útero y la placenta
En los caballitos de mar, son los machos quienes gestan a las crías hasta el final del embarazo. Las hembras depositan sus huevos en una bolsa incubadora especial situada en el vientre de los machos, donde son fecundados por el esperma de estos.
En las bolsas incubadoras, los embriones reciben nutrientes y oxígeno del cuerpo de los machos hasta que estos dan a luz crías vivas (viviparidad). ¿Pero cómo funciona esto?
Un equipo de investigación germano-chino liderado por el biólogo evolutivo Axel Meyer de la Universidad de Constanza y que trabajó en colaboración con Liu Yali y Lin Qiang del Instituto de Oceanografía del Mar de China Meridional en Guangzhou, estudió los mecanismos genéticos y celulares detrás de esta inversión de roles sexuales.
Descubrieron que inusuales procesos hormonales y estrategias únicas de inmunotolerancia permitieron su evolución.
Imagen derecha: Caballito de mar coreano macho (Hippocampus haema) en pleno parto, liberando a sus crías de la bolsa incubadora. Crédito: Jinggong Zhang
La bolsa incubadora: una innovación evolutiva
Desde una perspectiva evolutiva, la bolsa incubadora es una extraordinaria innovación, junto con la "embarazo masculino". En los caballitos de mar, la bolsa incubadora cumple las funciones del útero y la placenta. Durante la gestación, el tejido de la bolsa del macho se transforma y desarrolla una estructura similar a la placenta de las hembras de los mamíferos.
Resulta sorprendente cómo funciona esto, y los investigadores estudiaron el proceso con métodos de genómica comparativa utilizando análisis de ARN a nivel celular. Compararon las células y las señales celulares en las placentas de mamíferos con las de las bolsas incubadoras de caballitos de mar machos.
En todos los demás casos de nacimientos vivos, las hormonas femeninas desempeñan un papel fundamental en el desarrollo de las estructuras del embarazo y los embriones. Sin embargo, como Meyer y su equipo han demostrado, el embarazo masculino en los caballitos de mar se produce, curiosamente, sin estas hormonas típicamente femeninas.
"Nuestra investigación confirma que los andrógenos —es decir, las hormonas sexuales masculinas— juegan un papel central en el desarrollo de los embriones en las bolsas incubadoras, en lugar de las hormonas femeninas", explica Meyer.
"Los andrógenos inducen el engrosamiento y la vascularización de la capa de piel abdominal para producir una estructura similar a la placenta de los mamíferos. Esta es una diferencia interesante con respecto al desarrollo del útero femenino de los mamíferos, incluidos los humanos, que normalmente está impulsado por las hormonas femeninas".
Imagen derecha: Una cría de caballito de mar asoma de la bolsa incubadora el macho. Crédito: Jinggong Zhang
El estudio del sistema inmunitario también arrojó sorprendentes resultados. Para que se produzca un nacimiento con crías vivas, es fundamental que el sistema inmunitario de la madre —o, en este caso, del caballito de mar macho— no identifique a los embriones como cuerpos extraños y los rechace inmunológicamente. Normalmente, el gen foxp3 cumple esta función como gen clave en el sistema inmunitario de muchas especies vivíparas.
Sorprendentemente, este gen precisamente está ausente en los caballitos de mar machos. Sin embargo, no se produce ninguna reacción autoinmune en la que el cuerpo del macho rechace los embriones de caballito de mar.
Meyer sospecha que los caballitos de mar emplean una inusual estrategia de tolerancia inmunológica en la que las hormonas masculinas podrían volver a desempeñar un papel decisivo. "Los andrógenos suelen tener un efecto inmunosupresor, lo que significa que suprimen la respuesta inmunitaria. Esto podría contribuir a esta singular inmunotolerancia".
Perspectivas evolutivas
Las características genéticas y celulares de las bolsas incubadoras ofrecen una fascinante visión del desarrollo evolutivo desde las especies que ponen huevos hasta las que dan a luz crías vivas. "Las diferentes etapas evolutivas dentro de la familia Syngnathidae convierten a los caballitos de mar en un modelo excepcional para estudiar la evolución desde ancestros ovíparos (que ponían huevos) hasta la reproducción vivípara".
Presumiblemente, un paso inicial fue el desarrollo de "huevos adhesivos" que se unían al cuerpo de los machos, que en aquel entonces aún no poseían bolsas incubadoras. El siguiente paso evolutivo fue el desarrollo de las bolsas incubadoras de los machos para contener y proteger los huevos, además de proporcionarles nutrientes.
"Gracias a nuestra investigación, ahora comprendemos mejor los mecanismos genéticos, moleculares y celulares que hay detrás de este notable experimento evolutivo: el embarazo evolucionó repetidamente en mamíferos hembra y caballitos de mar macho, pero por diferentes vías genéticas y hormonales", concluye Meyer.
El trabajo se publicó en la revista Nature Ecology & Evolution: Cellular and molecular mechanisms of seahorse male pregnancy
