Cuando vemos un animal como la lamprea marina con un cuerpo alargado y una ventosa llena de afilados dientes en ningún momento pensaríamos que podría estar relacionado con los humanos; sin embargo, un estudio encontró un rasgo similar entre estas dos especies tan distintas.
Un nuevo estudio del Krumlauf Lab del Instituto Stowers de Investigación Médica ha descubierto que el rombencéfalo –la parte del cerebro que controla funciones vitales como la presión sanguínea y la frecuencia cardiaca– de la lamprea marina y el ser humano se construye con un conjunto de herramientas moleculares y genéticas extraordinariamente similares.
"La lamprea de mar es un miembro de los vertebrados sin mandíbula, nuestros primos vertebrados más lejanos, que se separaron de los vertebrados con mandíbula hace más de 500 millones de años y que carecen de ciertos rasgos como mandíbulas y extremidades pareadas", explicó a Metro Hugo Parker investigador postdoctoral asociado del Instituto Stowers de Investigación Médica y coautor de la investigación.
La investigación publicada en Nature Communications, ofrece una idea de cómo evolucionaron los cerebros de los animales antiguos. El equipo descubrió de forma inesperada que una señal molecular crucial es necesaria en gran medida durante el desarrollo del rombencéfalo de los vertebrados.
"Todos derivamos de un antepasado común. Las lampreas de mar nos han proporcionado una pista adicional. Ahora tenemos que mirar aún más atrás en el tiempo evolutivo para descubrir cuándo evolucionó por primera vez el circuito génico que rige la formación del rombencéfalo."
— Alice Bedois, antigua investigadora predoctoral del laboratorio Krumlauf y autora principal del estudio
Al igual que otros animales vertebrados, las lampreas de mar tienen columna vertebral y esqueleto, pero les falta una característica notable de la cabeza: la mandíbula. Dado que la mayoría de los vertebrados, incluidos los humanos, tienen mandíbula, esta sorprendente diferencia de las lampreas de mar las convierte en valiosos modelos para comprender la evolución de los rasgos vertebrados.
Trabajos anteriores habían identificado que los genes que estructuran y subdividen el rombencéfalo de la lamprea marina son idénticos a los de los vertebrados con mandíbulas, incluidos los humanos.
"Se pensaba que, al carecer de mandíbula, las lampreas de mar no tenían el rombencéfalo formado como otros vertebrados", explica el doctor Robb Krumlauf. "Hemos demostrado que esta parte básica del cerebro está construida exactamente igual que la de los ratones e incluso los humanos".
Las claves
¿Cómo es la lamprea marina?
-Es un pez prehistórico cuyo origen se remonta 500 millones de años.
-Prácticamente no ha evolucionado.
-Es un pez agnato (no tiene mandíbula).
-Es anádromo, pues vive en el mar y se reproduce en el río.
-Habita en profundidades de 200 y 400 m.
-Es un parásito y vive adherido a los peces y mamíferos.
4 preguntas a…
Hugo Parker, Investigador postdoctoral asociado del Laboratorio Krumlauf
1. ¿Por qué le interesó estudiar las lampreas marinas y su relación con los humanos?
–Una cuestión fundamental en biología evolutiva es cómo surgen las novedades en los planes corporales de los animales. Entre las novedades importantes de los vertebrados figuran un cerebro complejo, órganos sensoriales pareados, una mandíbula y extremidades pareadas. ¿Cuándo y cómo surgieron estos rasgos? La lamprea de mar pertenece a los vertebrados sin mandíbula, nuestros primos vertebrados más lejanos, que se separaron de los vertebrados con mandíbula hace más de 500 millones de años y que carecen de ciertos rasgos, como mandíbulas y extremidades pares. Comparar la embriología de vertebrados con mandíbula y sin mandíbula nos permite abordar estas cuestiones deduciendo cómo era el antepasado común de los vertebrados. Dado que es más fácil trabajar con la lamprea marina que con otras especies de vertebrados sin mandíbulas, debido a la disponibilidad de embriones, nos proporciona una ventana única a las primeras etapas de la evolución de los vertebrados.
2. ¿Podría decirnos algo más sobre el rombencéfalo y su importancia para la investigación?
–El rombencéfalo es exclusivo de los animales vertebrados y funciona como centro de coordinación de muchas actividades fundamentales del sistema nervioso central, como la respiración, el sueño y el control postural. Durante el desarrollo, el rombencéfalo se subdivide en una serie de segmentos, cada uno de los cuales contiene circuitos únicos de neuronas. Este proceso de segmentación es fundamental para la correcta formación del cerebro, así como para el desarrollo de la compleja cabeza y cuello de las especies vertebradas. Así pues, el rombencéfalo constituye un importante sistema modelo para comprender los procesos genéticos que subyacen a la formación del sistema nervioso, el desarrollo de la cabeza y la evolución de los vertebrados. Una característica notable del desarrollo del rombencéfalo es que los miembros de la familia de genes Hox se activan en segmentos específicos y desempeñan un papel crucial en la formación y función de estos segmentos. Otro factor clave en el desarrollo del rombencéfalo es el ácido retinoico, que actúa como señal molecular en la activación de genes, incluidos los genes Hox, a lo largo del eje cabeza-cola.
3. ¿Por qué estos monstruos marinos y los humanos están mucho más relacionados de lo que se pensaba?
–En la lamprea, investigaciones anteriores habían sugerido que los genes Hox y el ácido retinoico sólo estaban parcialmente asociados a la segmentación del rombencéfalo, y que el rombencéfalo de la lamprea se desarrollaba de un modo radicalmente distinto al de los rombencéfalos de otros vertebrados. Sin embargo, nuestra investigación ha descubierto una conservación profunda y detallada de muchas interacciones moleculares y procesos reguladores que rigen la segmentación del rombencéfalo en la lamprea y los vertebrados con mandíbula.
4. ¿Cómo nos ayudan estos descubrimientos a entender la evolución del cerebro de los vertebrados?
–Nuestros resultados demuestran que el desarrollo temprano del rombencéfalo es más similar de lo que se pensaba entre los vertebrados con mandíbula y sin mandíbula. Esto significa que tenemos que mirar más profundamente en el tiempo evolutivo para comprender cuándo y cómo evolucionó este circuito genético. También es importante señalar que, a pesar de las similitudes en la formación temprana del rombencéfalo, la neuroanatomía del rombencéfalo adulto difiere sustancialmente entre primos lejanos como el ratón y la lamprea. Esto sugiere que la evolución ha sido capaz de generar neuroanatomías diversas partiendo de una base común. Se trata de pistas importantes para futuras investigaciones sobre la evolución del cerebro de los vertebrados.