Diminutos animales marinos esconden el secreto del origen de las neuronas

Unos animales marinos de tamaño milimétrico, denominados placozoos, han revelado el origen de las neuronas. Los placozoos no tienen órganos, ni sangre, ni huesos. De hecho, al observarlos en el microscopio no se ven más que unas cuantas células, a priori, desordenadas que se desplazan por el agua. Sin embargo, investigadores del Centro de Regulación Genómica de Barcelona han descubierto que las células secretoras encontradas en estas criaturas antiguas, que tienen el tamaño de un grano de arena, pueden haber dado origen a neuronas en animales más complejos.

Cómo funcionan los placozoos

Los placozoos se alimentan de algas y microbios que viven en la superficie de las rocas y otros sustratos que se encuentran en mares cálidos y poco profundos. Estas criaturas, con forma de gota, son tan simples que viven sin partes ni órganos del cuerpo. 

Los investigadores  creen que estos animales, que aparecieron por primera vez en la Tierra hace unos 800 millones de años, son uno de los cinco linajes principales de animales junto con Ctenophora (medusas), Porifera (esponjas), Cnidaria (corales, anémonas de mar y medusas) y Bilateria (otros animales). 

Este tipo de criaturas marinas coordinan su comportamiento gracias a células peptidérgicas, un tipo especial de células que liberan pequeños péptidos que pueden dirigir el movimiento o la alimentación del animal. 

Reconstrucción de tipos de células antiguas

Para llevar a cabo el estudio, los investigadores analizaron las diferencias entre todas las células de cuatro  especies de placozoos. Gracias a ello, pudieron generar un atlas con las funciones de cada tipo celular y analizarlas genéticamente para entender cómo se coordinan entre ellas. Después, los investigadores compararon las cuatro  especies para comprender el origen evolutivo de cada uno de los tipos celulares.

La investigación demostró que los nueve tipos de células principales de los placozoos parecen estar conectados por muchos tipos de células "intermedias" que cambian de un tipo a otro. Los investigadores también encontraron catorce tipos diferentes de células peptidérgicas, pero eran diferentes a todas las demás células y no mostraban tipos intermedios ni signos de crecimiento o división. 

Sin embargo, sorprendentemente un tipo de estas células de los placozoos, denominadas células peptidérgicas, compartían muchas similitudes con las neuronas, un tipo de célula que no apareció hasta muchos millones de años después en animales más avanzados.

Escalones evolutivos

Las similitudes entre las células peptidérgicas y las neuronas eran triples. En primer lugar, los investigadores descubrieron que estas células placozoarias se crean a partir de células epiteliales progenitoras. En cierto momento de la vida del placozoo, las células epiteliales van cambiando su forma y sus funciones gracias a ciertas señales que se encuentran codificadas en sus genes. Estas señales son análogas a las que crean nuevas neuronas en el cerebro de medusas y de otros animales, ya que los genes y mecanismos moleculares son muy parecidos.

En segundo lugar, descubrieron que las células peptidérgicas tienen muchos módulos genéticos, necesarios para construir la parte de una neurona que puede enviar un mensaje (el andamio presináptico). Sin embargo, estas células están lejos de ser una verdadera neurona, ya que carecen de los componentes para el extremo receptor de un mensaje neuronal (postsináptico) o de los componentes necesarios para conducir señales eléctricas.

Finalmente, los autores demostraron que los tipos de células placozoarias se comunican entre sí mediante un sistema en las células donde proteínas específicas, llamadas GPCR (receptores acoplados a proteína G), detectan señales externas e inician una serie de reacciones dentro de la célula. Estas señales externas están mediadas por neuropéptidos, mensajeros químicos utilizados por las neuronas en muchos procesos fisiológicos diferentes. “Nos sorprendieron los paralelos”, afirma el doctor Sebastián R. Najle, co autor del estudio e investigador postdoctoral en el Centro de Regulación Genómica. “Las células peptidérgicas placozoarias tienen muchas similitudes con las células neuronales primitivas, incluso si aún no hemos llegado a ese punto. Es como mirar un trampolín evolutivo". 

El amanecer de la neurona 

El estudio demuestra que, desde un punto de vista evolutivo, las primeras neuronas podrían haber comenzado como algo parecido a las células secretoras peptidérgicas de los placozoos actuales. Estas células se comunicaban mediante neuropéptidos, pero con el tiempo obtuvieron nuevos módulos genéticos que les permitieron crear estructuras postsinápticas, formar axones y dendritas y crear canales iónicos que generan señales eléctricas rápidas.

Sin embargo, aún está por contarse la historia evolutiva completa de los sistemas nerviosos. Se cree que la primera neurona moderna se originó en el ancestro común de los cnidarios y bilaterales hace unos 650 millones de años. Y, sin embargo, existen células de tipo neuronal en los ctenóforos, aunque tienen importantes diferencias estructurales y carecen de la expresión de la mayoría de los genes que se encuentran en las neuronas modernas. Los autores del estudio creen que, a medida que los investigadores de todo el mundo continúen secuenciando genomas de alta calidad de diversas especies, los orígenes de las neuronas y la evolución de otros tipos de células serán cada vez más claros. “Las células son las unidades fundamentales de la vida, por lo que comprender cómo surgen o cambian con el tiempo es clave para explicar la historia evolutiva de la vida. Placozoos, ctenóforos, esponjas y otros animales modelo no tradicionales albergan secretos que apenas estamos empezando a descubrir”, concluye el profesor de investigación ICREA Arnau Sebé-Pedros, autor correspondiente del estudio y líder del grupo junior en el Centro de Regulación Genómica. 

 

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