(CNN) – Las cabezas de la mayoría de los animales son fácilmente identificables, pero hasta ahora los científicos no podían decir lo mismo de las estrellas de mar.
Una estrella de mar tiene cinco brazos idénticos con una capa de “pies tubulares” debajo que ayudan a la criatura marina a desplazarse por el fondo del mar. Esto ha llevado a los naturalistas a preguntarse si las estrellas de mar tienen extremos delanteros y traseros definidos… y si cuentan con una cabeza.
Pero una nueva investigación genética sugiere lo contrario: que las estrellas de mar son en gran medida cabezas que carecen de torsos o colas y que probablemente perdieron esas características evolutivamente con el tiempo. Los investigadores afirman que los extraños fósiles de los antepasados de las estrellas de mar, que parecían contar con una especie de torso, tienen mucho más sentido en términos evolutivos según los nuevos hallazgos.
Los resultados se publicaron este miércoles en la revista Nature.
“Es como si a la estrella de mar le faltara por completo el tronco y se describiera mejor como una simple cabeza que se arrastra por el fondo marino”, afirmó en un comunicado Laurent Formery, autor principal del estudio y becario postdoctoral de la Universidad de Stanford y la Universidad de California en Berkeley. “No es en absoluto lo que los científicos han supuesto sobre estos animales”.
Los hallazgos, que fueron posibles gracias a los nuevos métodos de secuenciación genética, podrían ayudar a responder algunas de las principales preguntas que quedan sobre los equinodermos, incluida su ascendencia compartida con los humanos y otros animales que no se parecen en nada a ellos.
Una estructura corporal única
Las estrellas de mar pertenecen al grupo de los equinodermos, que incluye a los erizos de mar, los dólares de arena (o galletas de mar) y los pepinos de mar. Estos inusuales animales tienen un cuerpo único, dispuesto en cinco secciones iguales, que difiere en gran medida de los cuerpos simétricos de los animales bilaterales, que tienen los lados, izquierdo y derecho, reflejados el uno en el otro.
Las estrellas de mar comienzan como huevos fecundados que eclosionan y se convierten en larvas que flotan en el océano, como el plancton, durante semanas o meses antes de asentarse en el fondo marino. Allí pasan por un proceso que transforma un cuerpo bilateral en forma de estrella, o cuerpo pentaradial.
“Éste ha sido un misterio zoológico durante siglos”, afirmó en un comunicado Christopher Lowe, coautor principal del estudio y biólogo marino y del desarrollo de la Universidad de Stanford. “¿Cómo se puede pasar de un plan corporal bilateral a uno pentaradial, y cómo se puede comparar cualquier parte de la estrella de mar con nuestra propia estructura corporal?”.
La estructura corporal bilateral que tienen la mayoría de los animales procede de acciones genéticas a nivel molecular que pueden rastrearse en las regiones de la cabeza y el tronco, o cuerpo principal, razón por la cual los vertebrados, como los humanos, y muchos invertebrados, incluidos los insectos, comparten una programación genética similar. Este descubrimiento fue galardonado con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1995.
Sin embargo, los equinodermos también comparten un antepasado común con los animales bilaterales, lo que se suma al rompecabezas que los investigadores intentan resolver.
“Cómo se relacionan las distintas partes del cuerpo de los equinodermos con las que vemos en otros grupos de animales ha sido un misterio para los científicos desde que los estudiamos”, afirmó en un comunicado el Dr. Jeff Thompson, coautor del estudio y profesor de la Universidad de Southampton. “En sus parientes bilaterales, el cuerpo se divide en cabeza, tronco y cola. Pero con solo mirar una estrella de mar, es imposible ver cómo se relacionan estas secciones con los cuerpos de los animales bilaterales”.
Descifrar el código de los equinodermos
Los investigadores del nuevo estudio utilizaron la tomografía micro computarizada para obtener una visión tridimensional sin precedentes de la forma y estructura de las estrellas de mar.
A continuación, los miembros del equipo utilizaron técnicas analíticas avanzadas para detectar dónde se expresaban los genes dentro del tejido y localizar secuencias específicas de ARN dentro de las células. La expresión génica se produce cuando la información contenida en un gen se hace funcional.
Los marcadores moleculares específicos actúan como planos del cuerpo, dirigiendo cada célula a la región del cuerpo a la que pertenece.
“Si se quita la piel de un animal y se observan los genes que definen la cabeza de la cola, los mismos genes codifican estas regiones corporales en todos los grupos de animales”, explica Lowe. “Así que ignoramos la anatomía y nos preguntamos: ¿existe un eje molecular oculto bajo toda esta extraña anatomía y cuál es su papel en que una estrella de mar forme una estructura corporal pentaradial?”.
Juntos, los datos crearon un mapa en 3D para determinar dónde se expresaban los genes a medida que las estrellas de mar se desarrollaban y crecían. El equipo pudo determinar los genes que controlan el desarrollo del ectodermo de la estrella de mar, que incluye la piel y el sistema nervioso.
Se detectaron firmas genéticas asociadas al desarrollo de la cabeza en todas las estrellas de mar, especialmente concentradas en el centro de la estrella y en el centro de cada extremidad. Sin embargo, la expresión genética de las secciones del torso y la cola estaba ausentes en gran medida, lo que revela que las estrellas de mar “presentan el ejemplo más dramático de desacoplamiento de las regiones de la cabeza y el tronco que conocemos hoy en día”, dijo Formery, que también es investigador en el Chan Zuckerberg BioHub, una organización de investigación sin ánimo de lucro en San Francisco.
La investigación fue financiada por el Chan Zuckerberg BioHub, cofundado en 2021 por la Dra. Priscilla Chan y Mark Zuckerberg, así como por la NASA, la National Science Foundation y el Fondo Leverhulme.
“Cuando comparamos la expresión de los genes de la estrella de mar con la de otros grupos de animales, como los vertebrados, pareciera que faltaba una parte crucial de la estructura corporal”, explicó Thompson. “Los genes que normalmente intervienen en el modelado del tronco del animal no se expresaban en el ectodermo. Parece que la estructura corporal completa de los equinodermos es más o menos equivalente a la de la cabeza en otros grupos de animales”.
Las estrellas de mar y otros equinodermos probablemente evolucionaron sus estructuras corporales únicas una vez que sus antepasados perdieron la región del tronco, lo que les permitió moverse y alimentarse de forma diferente a otros animales.
“Nuestra investigación nos dice que la estructura corporal de los equinodermos evolucionó de una forma más compleja de lo que se pensaba y que aún queda mucho por aprender sobre estas intrigantes criaturas”, afirmó Thompson. “Como alguien que los ha estudiado durante los últimos diez años, estos hallazgos han cambiado radicalmente mi forma de pensar sobre este grupo de animales”.
Nuevos hallazgos
La investigación con animales se centra sobre todo en los que comparten similitudes con los humanos. Sin embargo, el estudio de grupos como los equinodermos podría resolver algunos de los misterios más complejos sobre la evolución de la vida en la Tierra.
“La mayoría de los animales no tienen sistemas nerviosos espectaculares y salen a perseguir presas: son animales modestos que viven en madrigueras en el océano. Por lo general, la gente no se siente atraída por estos animales y, sin embargo, probablemente representan cómo empezó gran parte de la vida”, afirma Lowe.
Entender cómo se han desarrollado animales como las estrellas de mar también podría permitir comprender las diversas formas en que las distintas especies se mantienen sanas.
“Sin duda es más difícil trabajar en organismos que se estudian con menos frecuencia”, afirmó en un comunicado Daniel Rokhsar, coautor del estudio, profesor de genética, genómica, evolución y desarrollo de la Universidad de California en Berkeley e investigador del Chan Zuckerberg BioHub.
“Pero si aprovechamos la oportunidad de explorar animales inusuales que funcionan de formas inusuales, eso significa que estamos ampliando nuestra perspectiva de la biología, lo que a la larga nos va a ayudar a resolver problemas tanto ecológicos como biomédicos”.