Las estrellas de mar son en realidad «cabezas que se arrastran por el fondo marino», revela un estudio

(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 moverse 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 tienen cabeza.

Pero una nueva investigación genética sugiere lo contrario: que las estrellas de mar son en gran medida cabezas que carecen de torso o cola y que probablemente perdieron esas características evolutivamente con el tiempo. Los investigadores dicen que los extraños fósiles de ancestros de estrellas de mar, que parecían tener algún tipo de torso, tienen mucho más sentido en términos evolutivos según los nuevos hallazgos.

Los resultados fueron publicados este miércoles en la revista Naturaleza.

«Es como si a la estrella de mar le faltara por completo su tronco y se describe mejor como una simple cabeza que se arrastra por el fondo marino», dijo en un comunicado Laurent Formery, autor principal del estudio y becario postdoctoral en la Universidad de Massachusetts. Stanford y la Universidad de California en Berkeley. «No es en absoluto lo que los científicos suponían acerca de estos animales».

Los hallazgos, posibles gracias a 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 los erizos de mar, los dólares de arena (o galletas de mar) y los pepinos de mar. Estos animales inusuales tienen un solo cuerpo, organizado en cinco secciones iguales, lo que se diferencia mucho de los cuerpos simétricos de los animales bilaterales, que tienen sus lados izquierdo y derecho reflejados entre sí.

Las estrellas de mar comienzan como huevos fertilizados que se convierten en larvas que flotan en el océano, como el plancton, durante semanas o meses antes de asentarse en el fondo del mar. Allí pasan por un proceso que transforma un cuerpo bilateral en forma de estrella, o cuerpo pentaradial.

«Esto ha sido un misterio zoológico durante siglos», dijo en un comunicado Christopher Lowe, coautor principal del estudio y biólogo marino y del desarrollo de la Universidad de Stanford. «¿Cómo podemos 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 proviene de acciones genéticas a nivel molecular que pueden rastrearse hasta 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 estructuras similares. programación genética. Este descubrimiento recibió el premio Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1995.

Sin embargo, los equinodermos también comparten un ancestro común con los animales bilaterales, lo que se suma al enigma que los investigadores están tratando de resolver.

«Cómo se relacionan las diferentes 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», dijo 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 sólo mirar una estrella de mar, es imposible ver cómo se relacionan estas secciones con los cuerpos de los animales bilaterales».

Descifrando el código de los equinodermos

Los investigadores del nuevo estudio utilizaron tomografía microcomputarizada para obtener una vista 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 de ARN específicas dentro de las células. La expresión genética ocurre cuando la información contenida en un gen se vuelve funcional.

Los marcadores moleculares específicos actúan como modelos 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 del cuerpo en todos los grupos de animales», explica Lowe. «Así que ignoramos la anatomía y preguntamos: ¿hay un eje molecular escondido debajo de toda esta extraña anatomía y cuál es su papel en una estrella de mar que forma una estructura corporal pentarradial?»

Juntos, los datos crearon un mapa 3D para determinar dónde se expresaban los genes a medida que la estrella de mar se desarrollaba y crecía. 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 con el 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 estuvo en gran medida ausente, 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». «Dijo Formery, quien también es investigador en Chan Zuckerberg BioHub, una organización de investigación sin fines de lucro en San Francisco.

La investigación fue financiada por Chan Zuckerberg BioHub, cofundado en 2021 por la Dra. Priscilla Chan y Mark Zuckerberg, así como por la NASA, la Fundación Nacional de Ciencias y el Fondo Leverhulme.

Los investigadores tiñeron el material genético de las estrellas de mar con etiquetas fluorescentes, lo que permitió a los científicos mapear el comportamiento de los genes de estos animales. (Crédito: Laurent Formery)

«Cuando comparamos la expresión genética de las estrellas de mar con la de otros grupos de animales, como los vertebrados, parecía que faltaba una parte crucial de la estructura del cuerpo», explicó Thompson. «Los genes normalmente implicados en la configuración 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 desarrollaron sus estructuras corporales únicas una vez que sus antepasados ​​perdieron la región del tronco, lo que les permitió moverse y alimentarse de manera diferente a otros animales.

«Nuestra investigación nos dice que la estructura corporal de los equinodermos evolucionó de una manera más compleja de lo que se pensaba anteriormente y que todavía hay mucho que aprender sobre estas intrigantes criaturas», dijo 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 principalmente en aquellos 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. La gente generalmente no se siente atraída por estos animales y, sin embargo, probablemente representan cómo comenzó gran parte de la vida. » dice Lowe.

Comprender cómo se desarrollaron animales como las estrellas de mar también podría proporcionar información sobre las diversas formas en que las diferentes especies se mantienen saludables.

«Ciertamente es más difícil trabajar con organismos que se estudian con menos frecuencia», afirma 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. , dijo en un comunicado. .

«Pero si aprovechamos la oportunidad para explorar animales inusuales que funcionan de maneras inusuales, eso significa que estamos ampliando nuestra perspectiva sobre la biología, lo que en última instancia nos ayudará a resolver problemas tanto ecológicos como biomédicos».