¿Evolucionaron su sistema nervioso por separado de otros animales?
Extrañas criaturas marinas llamadas ctenóforos tienen una red nerviosa fusionada donde los científicos esperaban ver sinapsis
Los ctenóforos, o medusas peine, son extraños animales gelatinosos que surcan el mar como fantasmas impulsados por diminutos pelos llamados cilios. Son un grupo enigmático, con orígenes que se remontan aproximadamente a 540 millones de años, y nadie está seguro de cuándo se separaron exactamente del resto del árbol de la vida.
Ahora, los investigadores han descubierto que estas criaturas extraterrestres son aún más raras de lo que pensábamos: Su sistema nervioso es como nada que se haya visto antes. En lugar de depender de los espacios entre las células nerviosas llamadas sinapsis para la comunicación, al menos parte del sistema nervioso del ctenóforo está fusionado.
"En realidad, no hemos visto esto antes en ningún otro animal", dijo la coautora del estudio, Maike Kittelmann, bióloga celular y del desarrollo de la Universidad de Oxford Brookes en el Reino Unido. "Significa que hay otras formas en que las neuronas pueden conectarse entre sí".
Imagen derecha: El ctenóforo Mnemiopsis leidyi, visualizado utilizando iluminación desde arriba, lo que provoca la iridiscencia de las placas de peine. Foto: Alexandre Jan
Evolución del sistema nervioso
El descubrimiento plantea preguntas sobre cómo evolucionaron todos los sistemas nerviosos y agrega combustible a un debate de larga data sobre cómo se relacionan las medusas peine con el resto del reino animal.
Muchos científicos pensaron que el sistema nervioso de los animales evolucionó solo una vez, en algún momento después de que las esponjas se separaran del resto del reino animal, ya que las esponjas no tienen sistema nervioso. Pero algunos científicos creen que los ctenóforos se separaron temprano de otros animales y desarrollaron su propio sistema nervioso por separado.
Las medusas peine no tienen cerebro, pero tienen un sistema de neuronas en forma de red conocido como red nerviosa. Es dentro de esta red nerviosa donde los investigadores encontraron las neuronas fusionadas. La extraña disposición fusionada podría insinuar que estos sistemas evolucionaron de forma independiente, dijo Kittlemann. Pero sigue siendo una pregunta abierta.
"Realmente no lo sabemos con certeza", dijo.
La nueva investigación, analiza los ctenóforos en una etapa temprana de desarrollo, cuando solo tienen unos pocos días. En esta etapa, los ctenóforos pueden moverse libremente e incluso reproducirse, pero no son adultos completos. (Dependiendo de la especie, los ctenóforos tienen una vida útil de entre un mes y varios años).
La gran mayoría de las células nerviosas de los animales se comunican a través de sinapsis, que son espacios entre las células. Para "hablar", las neuronas liberan sustancias químicas llamadas neurotransmisores a través de estos espacios. Pero el nuevo estudio encontró que dentro de la red nerviosa del ctenóforo, las células están fusionadas y sus membranas conectadas para que el camino de un cuerpo celular a otro sea continuo. Esta estructura se llama sincicio.
"Hay algunos otros animales que muestran neuronas fusionadas, pero no hasta ese extremo, donde tienes una red nerviosa completa", dijo el coautor del estudio, Pawel Burkhardt, que estudia el origen evolutivo de las neuronas y las sinapsis en la Universidad de Bergen de Noruega.
Vídeo e imagen: Reconstrucción 3D de la red nerviosa, filas de peines, células sensoriales, neuronas mesogleales y un tentáculo a partir de datos de microscopía electrónica de un ctenóforo de 1 día. Productores: Pawel Burkhardt y Maike Kittelmann
Redes neuronales fusionadas
El descubrimiento plantea toda una serie de nuevas preguntas, dijo Burkhardt, desde cómo se desarrolla esta red fusionada hasta cómo funciona. Las mismas células que se fusionan también establecen conexiones con otras células nerviosas a través de sinapsis, y otras partes del sistema nervioso del ctenóforo también utilizan sinapsis. No está claro, dijo Burkhardt, por qué las medusas peine usan dos métodos diferentes de comunicación entre sus células nerviosas.
Una posibilidad es que el sistema nervioso fusionado tenga alguna ventaja para la reparación y curación de tejidos, dijo Leslie Babonis, bióloga evolutiva de la Universidad de Cornell que no participó en el nuevo estudio. Los ctenóforos son capaces de regenerar un animal completamente nuevo a partir de un pequeño trozo de carne.
"Tal vez este sea uno de los secretos de su increíble capacidad de regeneración", dijo Babonis.
El equipo de investigación solo observó una especie de ctenóforo, Mnemiopsis leidyi, en una etapa de desarrollo, por lo que ahora planean averiguar si otras especies tienen redes neuronales fusionadas y si esta fusión persiste durante toda la vida del animal.
Esto podría ayudar a responder preguntas sobre la evolución del sistema nervioso y si surgió una, dos o más veces. Si muchos ctenóforos tienen sistemas nerviosos fusionados únicos, esto podría dar crédito a la hipótesis de que los ctenóforos desarrollaron su sistema nervioso por separado de otros animales. Pero también es posible que todos los sistemas nerviosos de los animales aún compartan un origen común, y los ctenóforos desarrollaron la fusión más tarde, dijeron los investigadores.
Solo un puñado de linajes en el reino animal ha tenido sus sistemas nerviosos estudiados de cerca, dijo Leonid Moroz, bióloga del Laboratorio Whitney de Biociencias Marinas de la Universidad de Florida. Moroz no participó en el estudio actual, pero dirigió un estudio de ctenóforos en 2014, que descubrió que la base genética y química del sistema neural de los ctenóforos es bastante diferente de la observada en otros animales.
Si el sistema nervioso es un poema, dijo Moroz, los ctenóforos usan un alfabeto diferente al del resto del reino animal para escribir el suyo. Argumenta que estas medusas desarrollaron su sistema nervioso de forma independiente y que otros animales poco estudiados pueden haber hecho lo mismo. Desentrañar esta diversidad podría conducir a una comprensión más profunda de cómo surgen los trastornos neurológicos.
"Necesitamos entender la sintaxis, necesitamos entender la gramática", dijo Moroz. "Pero no podemos hacerlo con una sola o pocas especies".
La investigación ha sido publicada el 20 de abril en la revista Science: Syncytial nerve net in a ctenophore adds insights on the evolution of nervous systems
