updated 1:55 AM CET, Dec 5, 2016

El origen secreto del cerebro de los vertebrados

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gusano bellota (Saccoglossus kowalevskii)

Gusano marino reescribe la teoría de la evolución del cerebro

Herramientas para construir complejos cerebros de vertebrados se desarrollaron mucho antes que las tuvieran los vertebrados

Un estudio sobre gusanos sin cerebro ha echado por tierra la teoría de que los cerebros complejos evolucionaron por completo en los vertebrados, mucho después de que se separaron en el árbol de la vida de las especies invertebradas.

"Este trabajo va a cambiar la forma de pensar sobre la evolución del cerebro", dice Chris Lowe, un biólogo evolutivo de la Stanford University’s Hopkins Marine Station in Pacific Grove, California, y coautor del estudio publicado el miércoles en Nature.

Para más información sobre el origen del cerebro de los vertebrados, los investigadores tienden a buscar a los familiares del grupo. Estudios de los parientes de los vertebrados vivos más cercanos a los invertebrados han confirmado previamente la singularidad del cerebro de los vertebrados. Esta compleja estructura de tres partes y el sistema de proteínas que ayuda a orientar su formación faltan o están incompleta en dos tipos de invertebrados marinos - las ascidias y los peces anfioxos - que llevan una varilla de tejido llamada notocorda a lo largo de la espalda, como hacen los vertebrados, pero no tienen columna para apoyarla.

Sin embargo, Lowe y sus colegas reabrieron el caso para estudiar el desarrollo de un invertebrado en la siguiente rama del árbol evolutivo. Estos animales, los gusanos bellota, se entierran en la arena en el fondo del mar, sienten su entorno con una punta con forma de bellota en el extremo de una probóscide elástica, y tienen hendiduras branquiales como los tiburones y anfioxos. Característica fundamental que une a ambos, vertebrados e invertebrados portadores de notocorda.

El entrenamiento cerebral

embrión de gusano de bellotaEn proteínas etiquetadas con marcadores, Lowe y sus colaboradores encontraron que los gusanos de bellota embrionarios que estudiaron (Saccoglossus kowalevskii) expresan como los vertebrados las tres combinaciones de proteínas en regiones comparables del embrión durante el desarrollo de sus tres partes del cerebro. En los vertebrados, los tres "centros de señalización" de las proteínas que se encuentran en el cerebro anterior, cerebro medio y cerebro posterior se forman en etapas posteriores del desarrollo. En los embriones de gusanos bellota, también existen un cerebro anterior al igual que interruptores del centro de la señalización en la trompa; un cerebro medio que  está activo en el collar de tejido justo debajo de la trompa; y un centro posterior del cerebro, al igual que el que se puede encontrar en el cuello se encuentra el tronco del gusano.

Lo que es más, el equipo de Lowe demostró que las proteínas de señalización en cada centro interactúan unas con otras en forma muy parecida a como lo hacen en los vertebrados. La principal diferencia es que el gusano nunca constituye un cerebro distinto. En cambio, las células nerviosas de speckle, en la probóscide y el cuello, forman lo que Lowe denomina una "piel de cerebro".

Los biólogos habían asumido que los centros de señalización se habían unido por primera vez en los vertebrados, ya que no se observaron en las ascidias o anfioxos, dice Cliff Tabin, bióloga evolutiva y del desarrollo de la Harvard Medical School en Boston. "Yo esperaba que los distintos animales tuvieran genes similares, pero fue una verdadera sorpresa para mí ver que estos genes se expresan como proteínas de señalización en los centros mismos, y en la misma posición relativa entre sí".

Tabin dice que las similitudes no pueden ser una coincidencia y que los centros de señalización se han desarrollado hace mucho tiempo en un ancestro común de los gusanos bellota, vertebrados y teniendo en el medio a los invertebrados notocorda. La ausencia casi completa de centros en las ascidias y anfioxos sugiere que, en estas criaturas, se perdieron en el tiempo evolutivo.

gusano marino bellotaConsejos del árbol

La conclusión de que los anfioxos habían perdido los centros de señalización que se habían desarrollado en las primeras especies fue "una de las mayores sorpresas para mí", dice Lowe. "Todo el mundo los mira como un fósil viviente - que es donde procede este dogma de la evolución del cerebro de los vertebrados".

El biólogo evolucionista Billie Swalla en la Universidad de Washington en Seattle, dice que la investigación muestra que los biólogos deben considerar muchos animales diferentes al tratar de descifrar los orígenes de las partes del cuerpo que se presentaron a más de la mitad de mil millones de años atrás. "Estamos viendo sólo la punta del árbol de la vida", dice ella.

El informe deja abierta la cuestión de lo que hacen en un gusano los centros cerebrales de señalización, esencialmente sin sentido. Lowe sugiere que los centros le ayudan a diseñar la red de nervios y el tejido que los rodea. Mientras tanto, Swalla especula que podría ser la base oculta de la sofisticación. "Apuesto a que hacen cosas realmente complicadas que no son fáciles ver para nosotros, porque se producen en el barro, bajo el agua", dice ella. "Me gustaría tener una granja de gusanos a semejanza de una granja de hormigas para poder grabar lo que hacen cuando no estamos buscando".

Enlaces: Marine Biological Laboratory | Hopkins Marine Station

Crédito imágenes: Ariel Pani/Stanford University