Una nueva investigación dice que los cuerpos de las estrellas de mar son en realidad solo cabezas

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Las cabezas de la mayoría de los animales son fácilmente reconocibles, pero hasta ahora los científicos no han podido decir lo mismo de las estrellas de mar.

La estrella de mar tiene cinco brazos idénticos con una capa de «pies tubulares» debajo, lo que puede ayudar a la criatura marina a moverse a lo largo del fondo marino, lo que lleva a los naturalistas a preguntarse si las estrellas de mar tienen extremos delanteros y traseros específicos, y si tienen alguna cabeza.

Pero una nueva investigación genética sugiere lo contrario, que las estrellas de mar son en gran medida cabezas que carecen de tronco o cola, y probablemente perdieron esas características evolutivamente con el tiempo.
Los extraños fósiles de ancestros de estrellas de mar, que parecen tener un tronco, tienen más sentido evolutivo a la luz de los nuevos hallazgos, dijeron los investigadores.

Los resultados fueron publicados el miércoles en la revista. naturaleza.

«Es como si a la estrella de mar le faltara un torso por completo, y se describe mejor como simplemente una cabeza arrastrándose por el fondo marino», dijo en Laurent Formery, autor principal del estudio e investigador postdoctoral en la Universidad de Stanford y la Universidad de California, Berkeley. una declaración. . «Esto no es en absoluto lo que los científicos suponían acerca de estos animales».

El descubrimiento, posible gracias a nuevos métodos de secuenciación genética, podría ayudar a responder algunas de las preguntas más importantes que aún quedan sobre los equinodermos. Incluyendo sus ancestros comunes con los humanos y otros animales que no se parecen en nada a ellos.

Plan corporal único

Las estrellas de mar pertenecen a un grupo llamado equinodermos, que incluye erizos de mar, dólares de arena y pepinos de mar. Estos inusuales animales tienen estructuras corporales únicas, dispuestas en cinco secciones iguales, que se diferencian significativamente de los cuerpos simétricos de cabeza a cola de los animales bilaterales, en los que los lados izquierdo y derecho se reflejan 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 océano. Allí, se someten al proceso de convertir el cuerpo binario en un cuerpo con forma de estrella o pentagonal.

«Esto ha sido un misterio en zoología durante siglos», dijo en un comunicado Christopher Lowe, uno de los autores principales del estudio y biólogo marino y del desarrollo de la Universidad de Stanford. “¿Cómo se pasa de un plan corporal doble a un plan corporal quíntuple, y cómo se compara cualquier parte de una estrella de mar con nuestro propio plan corporal?”

El plan corporal bilateral en la mayoría de los animales surge de acciones genéticas a nivel molecular que pueden rastrearse hasta la cabeza y el tronco o regiones principales del cuerpo, razón por la cual los vertebrados, como los humanos, y muchos invertebrados, incluidos los insectos, comparten una programación genética similar. Este descubrimiento ganó un premio. Premio Nobel en Fisiología o Medicina en 1995.

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

El coautor del estudio, el Dr. Geoff Thompson, profesor de la Universidad de California, dijo: «La forma en que las diferentes partes del cuerpo de los equinodermos se relacionan con las que vemos en otros grupos de animales ha sido un misterio para los científicos a lo largo de su estudio». «En sus parientes bilaterales, el cuerpo se divide en cabeza, torso y cola», dijo Southampton en un comunicado. «Pero con sólo mirar una estrella de mar, es imposible ver cómo estas partes se relacionan con los cuerpos bilaterales de los animales».

Los investigadores detrás de este nuevo estudio utilizaron tomografía microcomputarizada para capturar una visión tridimensional sin precedentes de la forma y estructura de las estrellas de mar.

A continuación, los miembros del equipo utilizaron técnicas analíticas avanzadas para determinar dónde se expresan los genes dentro de los tejidos e identificar secuencias de ARN específicas dentro de las células. La expresión genética ocurre cuando la información dentro de un gen se activa.

Los marcadores moleculares específicos actúan como planos corporales, 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 implicados en la determinación de la cabeza de la cola, los mismos genes codifican estas regiones del cuerpo en todos los grupos de animales», dijo 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 la formación del cuerpo de cinco rayos de la estrella de mar?»

Laurent Forbery

Aquí se muestra el sistema nervioso de una estrella de mar durante el análisis.

Juntos, los datos crearon un mapa 3D para determinar dónde se expresan los genes a medida que las estrellas de mar se desarrollan y crecen. El equipo pudo identificar genes que controlan el desarrollo del ectodermo de la estrella de mar, que incluye su piel y su sistema nervioso.

Se han detectado 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. Pero la expresión genética para las partes del tronco y la cola estuvo en gran medida ausente, lo que revela que las estrellas de mar «tienen el ejemplo más dramático de separación de las regiones de la cabeza y el tronco que conocemos hoy», dijo Formeri, quien también es investigador de 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.

Laurent Forbery

Los investigadores tiñeron el material genético de la estrella de mar con marcadores fluorescentes, lo que permitió a los científicos mapear el comportamiento de los genes de los animales.

«Cuando comparamos la expresión genética en las estrellas de mar con la de otros grupos de animales, como los vertebrados, parecía faltar una parte importante del plan corporal», dijo Thompson. «Los genes normalmente implicados en la configuración del tronco del animal no se expresan en el ectodermo. La estructura corporal completa de los equinodermos parece ser aproximadamente equivalente a la cabeza de otros grupos de animales.

Las estrellas de mar y otros equinodermos probablemente desarrollaron sus planes corporales únicos una vez que sus antepasados ​​perdieron la región de su tronco, lo que les permitió moverse y alimentarse de manera diferente a otros animales.

«Nuestra investigación nos dice que el plan corporal de los equinodermos evolucionó de una manera más compleja de lo que pensábamos anteriormente, y todavía hay mucho que aprender sobre estas interesantes criaturas», dijo Thompson. «Como alguien que ha estudiado estos animales durante los últimos 10 años, estos hallazgos han cambiado radicalmente mi forma de pensar sobre este grupo de animales».

La investigación con animales se centra principalmente en aquellos que comparten similitudes con los humanos. Pero estudiar 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 sorprendentes y cazan a sus presas allí afuera. Son animales humildes que viven en madrigueras en el océano. La gente generalmente no se siente atraída por estos animales, sin embargo, probablemente representan cuánto comenzó la vida». «, dijo Lowe.

Comprender cómo evolucionan animales como las estrellas de mar también puede permitir comprender las diversas formas en que las diferentes especies mantienen su salud.

«Ciertamente es difícil trabajar con organismos que no se estudian con frecuencia», dijo el coautor del estudio Daniel Rokhsar, profesor de genética, genómica, evolución y desarrollo en la Universidad de California, Berkeley, e investigador en el BioHub Chan Zuckerberg. dijo en un comunicado.

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

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