¿Por qué los animales presentan formas tan diversas, incluso dentro de un mismo grupo?
Al estudiar corales, medusas y anémonas, unos científicos demuestran que esta diversidad se explica en parte por las propiedades físicas de los tejidos, como su capacidad para contraerse, estirarse o resistir las deformaciones. Estas características también permiten predecir la morfología de estos animales marinos. Publicados en la revista
Cell, estos trabajos abren el camino a una mejor comprensión de la evolución de las formas de los seres vivos.
La anémona de mar, junto a los corales y las medusas, pertenece al filo de los cnidarios.
© Aissam Ikmi
Las formas de los seres vivos son de una diversidad notable. Para explicarla, las investigaciones se han centrado sobre todo en la genética. Si su papel es central en el desarrollo, no basta para explicar cómo los tejidos se pliegan, se estiran y se reorganizan para formar un organismo específico. Este proceso, llamado morfogénesis, es estudiado en particular en el equipo de Aissam Ikmi, jefe de grupo en el EMBL Heidelberg y coautor del estudio.
"La comparación de los genomas permite identificar diferencias genéticas relacionadas con la diversidad de formas, pero no permite predecir la forma final de un organismo. Hay que entender cómo las células actúan colectivamente para generar fuerzas mecánicas", explica el investigador.
Al poner de relieve la importancia de los vínculos entre genes, fuerzas mecánicas y morfología, estos trabajos abren nuevas perspectivas para el estudio de la evolución.
La colaboración con el grupo de Guillaume Salbreux, profesor ordinario en el Departamento de Genética y Evolución de la Sección de Biología de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, especialista en física teórica y coautor del estudio, permitió abordar la cuestión desde el ángulo de la mecanobiología - es decir, el papel de las fuerzas físicas en los procesos biológicos. Los científicos estudian así cómo emerge la diversidad de formas a escala de los tejidos, donde las células interactúan y generan tensiones mecánicas.
Las fuerzas sobre los tejidos moldean la morfología
Para probar esta idea, el equipo estudió a los cnidarios - un grupo que incluye corales, medusas y anémonas - conocidos por la variedad de sus formas a pesar de una organización relativamente simple. Combinando observaciones experimentales y modelización teórica, identificaron tres parámetros físicos clave de los tejidos, que explican dos características principales de la morfología: la elongación (el grado de estiramiento del cuerpo) y la polaridad (la asimetría entre diferentes partes del cuerpo).
Ajustando estos parámetros en su modelo, los científicos pudieron reproducir y predecir diferentes formas de cnidarios observadas en la naturaleza. Cada combinación de parámetros define un "mecanotipo", es decir, la combinación de características físicas propias de cada especie. "Es a este nivel que los cambios moleculares se vuelven predictivos de la forma", subraya Aissam Ikmi. "Pensamos que la evolución actúa sobre estos mecanotipos para generar nuevas morfologías."
Inspirados por las teorías de D'Arcy Thompson, los científicos combinaron enfoques teóricos y experimentales para establecer los "mecanotipos" como los vínculos físicos entre los genes y las formas corporales. En la imagen, se ven cortes transversales de larvas de Nematostella (izquierda) y de Aiptasia (derecha), los controles deslizantes debajo representan los módulos mecánicos que se combinan para dar lugar al mecanotipo de un organismo.
© Daniela Velasco/EMBL. El equipo luego probó esta hipótesis experimentalmente en la anémona de mar
Nematostella. Modificando ciertos parámetros mecánicos mediante intervenciones genéticas, lograron transformar la forma de las larvas. Individuos inicialmente alargados adoptaron así una morfología más esférica. "Estos experimentos nos permiten entender cómo las propiedades mecánicas de una especie determinan su forma", subraya Nicolas Cuny, postdoctorando en el grupo de Guillaume Salbreux y coprimer autor del estudio.
"Más allá de sus resultados inmediatos, el estudio confirma la pertinencia de un enfoque interdisciplinario que combina biología, física y matemáticas. Al poner de relieve la importancia de los vínculos entre genes, fuerzas mecánicas y morfología, abre nuevas perspectivas para el estudio de la evolución", concluye Guillaume Salbreux.
Fuente: Universidad de Ginebra