Células individuales construyen una estructura biológica auto-organizada con materiales no celulares
Los investigadores informan en la revista Current Biology el 17 de septiembre que han encontrado que las esponjas construyen sus esqueletos de una manera completamente diferente a otros animales. De hecho, el proceso de construcción se parece mucho a la construcción de edificios hechos por el hombre, menos los planos arquitectónicos.
"Nos sorprendimos al encontrar que las espículas se movían dinámicamente y luego volvían a sostenerse; estábamos muy fascinados", dice Noriko Funayama de la Universidad de Kyoto en Japón.
Las formas aciculares de las espículas de sílice han sido conocidas durante mucho tiempo como los soportes estructurales que se encuentran en los cuerpos de las esponjas. Mientras que los esqueletos de las esponjas tienen claras similitudes con los edificios arquitectónicos, nadie sabía cómo se colocaban juntos durante su desarrollo.
Funayama y sus colegas han filmado ahora películas del desarrollo de la demosponja de agua dulce Ephydatia fluviatilisa que revelan cómo se producen esas espículas, son transportadas y montadas por un elenco de células para apuntalar los cuerpos de las esponjas y apoyar su crecimiento. En primer lugar, las espículas son producidas por un tipo de célula de fabricación. En segundo lugar, las células transportadoras llevan las espículas maduras hasta que perforan la superficie exterior del animal. En ese momento, la espícula perforada se levanta y su extremo basal se cimenta en su lugar con matrices de colágeno para formar una estructura básica de poste y viga.
En otras palabras, hay una división del trabajo entre los diversos tipos de células dentro de las esponjas, que producen las estructuras biológicas auto-organizadas a través de una cadena de reacciones simples. Los resultados revelan un nuevo mecanismo fundamental de formación de la forma del cuerpo en tres dimensiones de los animales, dicen los investigadores.
"Hasta donde sabemos, este es el primer informe de los comportamientos colectivos de células individuales que construyen una estructura biológica auto-organizada con materiales no celulares, un paralelo a, por ejemplo, los comportamientos colectivos conocidos de las termitas cuando hacen montículos de construcción individuales", dice Funayama.
Los investigadores planean ahora estudiar la construcción del esqueleto en otras especies de esponjas. Y, ¿quién sabe?, dicen, las raras formaciones esqueléticas de las esponjas y su novedoso modo de construcción podría incluso inspirarnos de manera sorprendente en otros aspectos.
"Este trabajo no sólo arroja nueva luz sobre la formación del esqueleto de los animales, sino que también podría inspirar a los estudios interdisciplinarios en campos como la biología teórica, la bioingeniería, la robótica y la ingeniería arquitectónica, utilizando mecanismos de arquitecturas de auto-construcción que se ajusten automáticamente a su entorno, incluidos los entornos remotos, como las profundidades del mar o en el espacio", escriben los investigadores.
VÍDEO:
La primera parte del vídeo muestra la construcción dinámica espícula por espícula de un esqueleto de esponja. Esta es una película Z-proyectada tomada desde el lado de una esponja (Ephydatia fluviatilis) tramando un gemmule.
La segunda parte muestra el movimiento dinámico del interior de la esponja (visualizadas las espículas de la Ephydatia fluviatilis con fluorescencia) para incubar una gemmule. Las puntas de flecha apuntan a los movimientos de espículas sostenidos. Las imágenes se toman desde debajo de la esponja.
La ultima parte muestra una espícula en movimiento que ha unido las células. Las células unidas se sombrean artificialmente en magenta. Las imágenes se toman desde debajo de la esponja.
Artículo científico: Dynamic Transport and Cementation of Skeletal Elements Build Up the Pole-and-Beam Structured Skeleton of Sponges
