Las investigaciones muestran que las células cerebrales tienen su origen en los ancestros de los animales de hace unos 800 millones de años. Estos microorganismos hoy viven en zonas marinas poco profundas.
Uno de los grandes misterios del organismo humano reside en el funcionamiento de nuestro centro de mando: el cerebro. Aquí están algunas 900 millones de conexiones a través de 1.600.000 kilómetros de cableado entre los 100.000 millones de neuronas, que tiene un órgano adulto. Son células nerviosas Son las unidades más importantes del sistema nervioso. Se encargan de recibir señales sensoriales del mundo exterior, enviar órdenes a diferentes partes del cuerpo y transformar y transmitir las señales eléctricas que así lo permitan. ¿Cómo llegamos a un sistema tan sofisticado?
Ahora una investigación publicada por la revista celúla arroja nueva luz sobre la evolución de las neuronas, centrándose en los placozoos, algunos animales marinos miden aproximadamente un milímetro. Un equipo científico de Centro de Regulación Genómica en Barcelona demuestra que las células secretoras especializadas presentes en estas criaturas únicas podría haber dado lugar a neuronas en animales más complejos.
¿Quiénes son estos seres? El Los placozoos son animales diminutos., que 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 disco aplanado se encuentran entre los animales más simples conocidos y no tienen partes ni órganos corporales. Aparecen en la Tierra hace unos 800 millones de años y constituyen uno de los cinco principales linajes de animales, junto con los cénforos, las esponjas, los cnidarios (corales, anmonas marinas y medusas) y los bilaterianos (todos los demás animales, incluidos los humanos).
«Nos sorprendieron las similitudes», afirma en una nota. Sebastián R. Najle, primer coautor del estudio e investigador postdoctoral en el Centro de Regulación Genómica. «Las células peptidérgicas de Los placozoos tienen muchas similitudes con las células neuronales, aunque claramente no lo son. «Es como observar un paso intermedio en la evolución de las neuronas».
Los placozoos coordinan su comportamiento gracias a células peptidérgicas que liberan pequeños péptidos que permiten coordinar el movimiento o la alimentación del animal. Impulsado por el curiosidad sobre el origen de estas célulasLos autores del estudio utilizaron una serie de técnicas moleculares y modelos computacionales para comprender cómo evolucionaron los diferentes tipos de células placozoarias y reconstruir cómo podrían haber sido nuestros antepasados y cómo podrían haber funcionado.
¿Cómo se reconstruyeron los tipos de células antiguas?
Primero, el equipo creó un mapa de todos los diferentes tipos de células placozoarias, observando sus características en cuatro especies diferentes. Cada tipo de célula tiene una función especializada que proviene de la expresión conjunta de determinados genes. Estos mapas o «atlas celulares» nos permitió rastrear grupos funcionales o «módulos» de genes. Luego crearon un mapa de las regiones reguladoras del ADN que controlan la coexpresión de estos genes. En conjunto, esto ofrece una visión integral de lo que hace cada célula y cómo trabajan juntas. Finalmente, hicieron comparaciones entre especies para reconstruir cómo evolucionaron los tipos de células.
«Los placozoos carecen de neuronas, pero ahora hemos encontrado sorprendentes similitudes moleculares con nuestras células neuronales. Por otro lado, los cénforos tienen redes neuronales, con diferencias y similitudes clave con las nuestras. Esto significa que las neuronas evolucionaron sólo una vez y luego «¿Se separaron?» ¿O evolucionar más de una vez, en paralelo? ¿Son un mosaico, donde cada pieza tiene un origen diferente? Son preguntas que aún quedan por responder», comenta. Xavier Grau-Bovprimer coautor del estudio e investigador postdoctoral en el Centro de Regulación Genómica.
El estudio muestra que los nueve tipos principales de células en Los placozoos parecen estar conectados por muchos tipos de células «intermedias» que cambian de un tipo a otro.. Las células crecen y se dividen, manteniendo el delicado equilibrio de tipos de células necesarios para que el animal se mueva y coma. Esto contrasta con la existencia de linajes celulares bien separados que encontramos en nuestro cuerpo. También encontraron catorce tipos diferentes de células peptidérgicas, pero eran diferentes de todas las demás células y no mostraban tipos intermedios ni signos de crecimiento o división.
Asombrosamente, Las células peptídicas comparten muchas similitudes con las neuronas, un tipo de célula que se cree que apareció millones de años después en el ancestro común de animales bilaterales y cnidarios. Los análisis comparativos entre especies revelaron que estas similitudes son exclusivas de los placozoos y no aparecen en otros animales con ramificaciones anteriores como las esponjas o los cénforos.
Los autores del estudio creen que, a medida que la ciencia global continúe secuenciando genomas de alta calidad de diversas especies, el círculo sobre el origen de las neuronas y la evolución de otros tipos de células se estrechará. «Las células son las unidades fundamentales de la vida, por lo que comprender cómo surgen o cambian con el tiempo es esencial para explicar la historia evolutiva de la vida.. Placozoos, cénforos, esponjas y otros animales tradicionalmente poco estudiados esconden secretos que apenas empezamos a descifrar”, concluye el profesor de investigación ICREA. Arnau Seb-PedrésAutor principal del estudio y líder de grupo junior en el Centro de Regulación Genómica.
Origen: paso a paso de la primera neurona
La similitud entre las células peptidérgicas y las neuronas es triple. En primer lugar, el estudio demuestra que estas células placozoarias se diferencian de una población de células progenitoras epiteliales a través de señales de desarrollo que se asemejan a la neurogénesis, el proceso mediante el cual se forman nuevas neuronas, en cnidarios y bilaterales.
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 complejo presináptico). Sin embargo, estas células están lejos de ser una verdadera neurona, ya que carecen de los componentes para recibir un mensaje neuronal (complejo postsináptico) o de los componentes necesarios para conducir señales eléctricas.
Finalmente, las técnicas de aprendizaje profundo 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 las células. la célula Estas señales externas están mediadas por neuropéptidos, mensajeros químicos utilizados por las neuronas en diferentes procesos fisiológicos.
¿Cómo es la primera neurona?
El estudio muestra que los componentes básicos de la neurona comenzaron a formarse hace 800 millones de años en animales antiguos que vivían discretamente en los mares poco profundos de la antigua Tierra. Desde una perspectiva evolutiva, es probable que las primeras neuronas comenzaran como algo similar a las células secretoras peptidérgicas de los placozoos modernos. Estas células se comunicaban mediante neuropéptidos, pero finalmente adquirieron nuevos módulos genéticos que les permitieron crear el andamio postsináptico, formar axones y dendritas y crear canales iónicos que generan señales eléctricas rápidas. Estas innovaciones fueron cruciales para el surgimiento de la neurona unos cien millones de años después de que los antepasados de los placozoos aparecieran por primera vez en la Tierra.
Sin embargo, la historia evolutiva completa del sistema nervioso aún está por decirse. Se cree que la primera neurona moderna se originó en el ancestro común de los cnidarios y bilaterianos hace unos 650 millones de años. Y todavía, En los ctenforos existen células parecidas a neuronas., aunque tienen importantes diferencias estructurales y carecen de la expresión de la mayoría de los genes que se encuentran en las neuronas modernas. La presencia de algunos de estos genes neuronales en células placozoarias y su ausencia en ctenphora plantea nuevas preguntas sobre la trayectoria evolutiva de las neuronas.
