Un estudio muestra que las tortugas utilizan tanto señales genéticas como fuerzas mecánicas para formar las escamas de su cabeza, revelando un legado común con cocodrilos y dinosaurios.
En los vertebrados, la formación de plumas, pelos y escamas suele estar dictada por factores genéticos moleculares. Las escamas en la cabeza de los cocodrilos son una excepción, ya que resultan de un proceso puramente mecánico de plegado de la piel.
Un modelo químico clásico guía la formación de las escamas periféricas, mientras que las de la parte superior resultan de pliegues cutáneos debido a tensiones mecánicas vinculadas al crecimiento óseo.
© Michel Milinkovitch
Un nuevo estudio de la Universidad de Ginebra (UNIGE) demuestra que las tortugas emplean estos dos procesos distintos para desarrollar sus escamas en diferentes regiones de su cabeza. Estos hallazgos sugieren que el modelado mecánico de las escamas es un rasgo ancestral, compartido con cocodrilos y probablemente dinosaurios, pero perdido en las aves. Publicados en
iScience, aportan nueva luz sobre la evolución de los reptiles y abren perspectivas innovadoras en diversos campos de aplicación.
En la mayoría de vertebrados, los apéndices cutáneos como pelos, plumas o escamas surgen de placodas: pequeñas zonas especializadas de piel cuya organización espacial está gobernada por señales genéticas moleculares muy conservadas durante la evolución. Sin embargo, los cocodrilos son una excepción: las escamas de su cabeza no emergen de placodas, sino de un simple plegado mecánico de la piel en crecimiento.
Este estudio revela una nueva faceta de la historia evolutiva de los reptiles.
Una cabeza, dos mecanismos
El laboratorio de Michel Milinkovitch, profesor del Departamento de Genética y Evolución de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, ya había elucidado previamente este mecanismo. Esta vez se centró en las tortugas. Los científicos ginebrinos descubrieron que estos reptiles combinan ambas estrategias, un hecho inédito en vertebrados.
Las escamas periféricas de la cabeza siguen el modelo clásico químico, expresando genes característicos del desarrollo de placodas. En cambio, en la parte superior de la cabeza no hay rastro de estas señales genéticas: aquí, la piel se pliega por tensiones mecánicas generadas por el crecimiento más lento de los tejidos subyacentes, especialmente los tejidos óseos.
Patrones esculpidos por la física
Mediante técnicas de microscopía 3D de lámina de luz y modelización informática, los científicos demostraron que estas fuerzas mecánicas bastan para producir los patrones poligonales irregulares observados en esta zona. "Este plegado mecánico explica las formas asimétricas de las escamas en la parte superior de la cabeza", explica Rory Cooper, posdoctorando en el laboratorio de Michel Milinkovitch y coautor del estudio. "También explica la notable variación observada entre individuos e incluso entre las partes derecha e izquierda de la cabeza de un mismo individuo", añade Ebrahim Jahanbakhsh, informático del equipo y también coautor.
Un legado de los reptiles antiguos
Desde el punto de vista evolutivo, este hallazgo es importante. Las tortugas terrestres y acuáticas (conocidas colectivamente como
Testudinata) son los parientes vivos más cercanos de cocodrilos y aves. El hecho de que tortugas y cocodrilos compartan un mismo proceso mecánico de formación de escamas sugiere que apareció en su ancestro común. Posteriormente se habría perdido en las aves.
"Esto revela una nueva faceta de la historia evolutiva de los reptiles: la capacidad de generar patrones de escamas en la cabeza mediante fuerzas mecánicas es un rasgo antiguo - anterior a la aparición de tortugas modernas, cocodrilos y aves, y que por tanto existía muy probablemente en los dinosaurios", comenta Michel Milinkovitch.
Más allá de la biología evolutiva, estos resultados son de gran interés en el campo emergente de la biomimética - la búsqueda de soluciones innovadoras observando la naturaleza - y también en medicina regenerativa. Entender cómo estructuras complejas emergen de reglas físicas simples inspira avances en campos tan variados como la arquitectura, la regeneración tisular y el diseño de materiales innovadores.
Fuente: Universidad de Ginebra