¿Pueden los ojos de las medusas aportar pistas sobre la evolución genética de este órgano? Y las células urticantes, ¿cómo es posible que sean neuronas “especializadas”?
Para quienes disfrutan del mar como destino de vacaciones y para huir de las altas temperaturas —como esta primera ola de calor en la que estamos inmersos—, la alerta por presencia de medusas (Medusozoa) supone un fastidio e incluso motiva miedos viscerales. Pero, pese al rechazo que despiertan a los bañistas, estas criaturas acuáticas, pertenecientes al filo Cnidaria, despiertan el interés de los científicos, como demuestran dos estudios recientes; uno, sobre la evolución genética de los ojos, y otro, sobre cómo se crean las células urticantes a partir de células neuronales.
Un ojo, dos ojos… o ningún ojo
Algunas medusas tienen ojos simples; otras, complejos; e incluso las hay que no tienen ojos en absoluto. Según investigaciones recientes, los ojos de las medusas han evolucionado por separado e independientemente en diferentes especies durante milenios, lo que los convierte en un modelo para estudiar cómo se expresa el rasgo genéticamente.
Eso es lo que busca averiguar un equipo de investigadores de EE UU formado por Paulyn Cartwright, profesora de ecología y biología evolutiva en la Universidad de Kansas y su equipo formado por científicos de otras universidades: estudiar cómo funciona la evolución del ojo en las medusas a nivel genético, celular y morfológico.
«Los ojos evolucionaron varias veces de forma independiente dentro de la medusa», explica Cartwright. «Sabemos desde hace tiempo que no hay un único origen de los ojos en todos los animales, pero nos sorprendió la cantidad de veces que evolucionaron de forma independiente en las medusas».
Cartwright y sus colaboradores planean una «inmersión profunda» científica en los patrones evolutivos para descubrir si las medusas han usado los mismos o diferentes aspectos de su conjunto de herramientas genéticas para construir ojos cada vez que han evolucionado.
“Algunas medusas presentan ojos muy complejos, tipo cámara, que forman imágenes y tienen una lente, una córnea y una retina”
“Las medusas son muy adecuadas para esto, porque tienen una diversidad de ojos que va desde simples grupos de células sensibles a la luz hasta ojos muy complejos, tipo cámara, que pueden formar imágenes y que tienen una lente, una córnea y una retina”, comenta Cartwright.
La investigadora planea analizar muchas especies de medusas en su laboratorio de la Universidad de Kansas para determinar todos los genes expresados en células individuales de diferentes ojos de medusa y encontrar, así, qué se comparte entre las diferentes instancias de medusas y qué ha cambiado en sus componentes genéticos básicos.
“Las células en sí mismas tienen sus propias características”, indica Cartwright, “y en realidad son el resultado de la expresión de muchos, muchos genes diferentes, por lo que a veces podemos pasar por alto un patrón general al observar genes individuales. Pero si observamos todos los genes que se expresan en la célula y cuál es ese resultado particular, eso podría brindarnos un nivel diferente de información”.
“Por eso es genial mirar todos esos niveles diferentes y ver qué es similar y qué ha cambiado para ayudarnos realmente a entender esta pregunta tan complicada. Las medusas son un gran sistema para hacer esto porque son muy propensas a este tipo de experimentos. Podemos observar genes individuales y cómo se expresan; podemos mirar al por mayor todos los genes que se expresan en esas células”.
Recolección de especímenes en la era genómica
Los tres investigadores viajarán a Panamá, un punto crítico de biodiversidad de medusas, para recolectar especímenes, y construirán un árbol filogenético (o historia evolutiva) más detallado de las medusas.
“Las medusas son muy diversas, hay miles de especies. Descubrir su historia evolutiva exacta es un desafío, en parte porque mucha de esta diversificación ocurrió hace más de quinientos millones de años», dice Cartwright. «El otro desafío es tomar muestras de estos organismos. Muchos de ellos viven en las profundidades del mar, y algunos son increíblemente pequeños y difíciles de encontrar […] Por ello, estamos muy entusiasmados con la era de la genómica, ya que podemos obtener más datos, secuenciar más genes y arrojar más secuencias de ADN. Esperamos información muy prometedora para resolver algunas de estas relaciones entre los cnidarios”.
De neuronas a células urticantes
De otro lado, en la Universidad de Cornell (en Ithaca, Nueva York y Doha) se interesan por las células urticantes de las medusas, responsables de su «picadura» y que los bañistas tienen que evitar porque su contacto es doloroso y en algunos casos puede provocar un shock anafiláctico. Dichas células, denominadas cnidocitos o cnidoblastos, también son un excelente modelo para comprender la aparición de nuevas células tipo, según la investigación llevada a cabo por esta universidad y publicada en Proceedings of the National Academy of Sciences el pasado mayo.
Los nuevos genes adquieren nuevas funciones para impulsar la evolución de la biodiversidad
Leslie Babonis, profesora asistente de ecología y biología evolutiva en la Facultad de Artes y Ciencias y responsable del estudio, cuenta que estas células urticantes evolucionaron a partir de neuronas en sus ancestros cnidarios. “Los resultados demuestran cómo los nuevos genes adquieren nuevas funciones para impulsar la evolución de la biodiversidad”, dice.
Comprender cómo surgen los tipos de células especializadas, como las células urticantes, es uno de los desafíos clave en la biología evolutiva, indica Babonis. Durante casi un siglo, se ha sabido que los cnidocitos se desarrollaron a partir de un conjunto de células madre que también dan lugar a neuronas (células cerebrales), pero hasta ahora nadie sabía cómo esas células madre deciden formar una neurona o un cnidocito. Comprender este proceso en los cnidarios vivos puede revelar pistas sobre la evolución actual de los cnidocitos, asegura Babonis.
Neuronas reprogramadas
“Los cnidarios son los únicos animales que tienen cnidocitos, pero muchos animales tienen neuronas”, comenta la profesora. Así que ella y sus colegas del Laboratorio Whitney de Biociencias Marinas de la Universidad de Florida estudiaron cnidarios, específicamente anémonas de mar, para comprender cómo se podría reprogramar una neurona para crear una nueva célula.
“Una de las características únicas de los cnidocitos es que todos tienen un orgánulo explosivo (un pequeño bolsillo dentro de la célula) que contiene el arpón que sale disparado para picar [a su presa]”, dice Babonis. “Estos arpones están hechos de una proteína que también se encuentra solo en los cnidarios, por lo que los cnidocitos parecen ser uno de los ejemplos más claros de cómo el origen de un nuevo gen (que codifica una proteína única) podría impulsar la evolución de un nuevo tipo celular.”
Usando genómica funcional en la anémona marina estrella, Nematostella vectensis, los investigadores demostraron que los cnidocitos se desarrollan desactivando la expresión de un neuropéptido, RFamida, en un subconjunto de neuronas en desarrollo y reutilizando esas células como cnidocitos. Además, los investigadores demostraron que un único gen regulador específico de los cnidarios es responsable tanto de desactivar la función neural de esas células como de activar las características específicas de los cnidocitos.
Las neuronas y los cnidocitos tienen una forma similar, según Babonis; ambas son células secretoras capaces de expulsar algo fuera de la célula. Las neuronas secretan neuropéptidos, proteínas que comunican información rápidamente a otras células. Los cnidocitos secretan arpones envenenados.
¿Cnidocito o neurona?
“Hay un solo gen que actúa como un interruptor de luz: cuando está encendido, obtienes un cnidocito, cuando está apagado, obtienes una neurona”, expone Babonis. «Es una lógica bastante simple para controlar la identidad celular».
Este es el primer estudio que muestra que esta lógica existe en un cnidario, por lo que es probable que esta característica regule cómo las células se diferenciaron entre sí en los primeros animales multicelulares.
Ahora, Babonis y su laboratorio planean estudios futuros para investigar cuán extendido está este interruptor genético de encendido/apagado en la creación de nuevos tipos de células en animales.
REFERENCIAS
Jellyfish’s stinging cells hold clues to biodiversity
JELLYFISH EYES WILL ENABLE RESEARCHERS TO PEER INTO INNER WORKINGS OF EVOLUTION
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