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Lo que las esponjas marinas pueden decirnos sobre la evolución del cerebro

El cerebro es un órgano fundamental del sistema nervioso. Sin embargo, aún se desconocen muchos aspectos sobre su orígen evolutivo. Sólo algunas especies primitivas de animales, como las esponjas acuáticas, carecen de órganos semejantes. Paradójicamente, estas mismas especies podrían tener la clave para desvelar cómo se originó dicho órgano.

Un consorcio internacional de investigadores liderado por el laboratorio del Dr. Detlev Arendt (EMBL, Alemania), y en el que participa el laboratorio de Genómica Comparada del CBGP (UPM-INIA/CSIC, Madrid) liderado por el Dr. Jaime Huerta Cepas, ha estudiado la posible relación evolutiva entre las células y genes de las esponjas y los cerebros de otros animales. Sus conclusiones se publican hoy en la revista Science.

"Sabemos que los genes sinápticos están implicados en la función neuronal en animales superiores. Encontrarlos en especies primitivas como las esponjas nos lleva a preguntarnos: si estos animales no tienen cerebro, ¿cuál es la función de estos genes?”, se pregunta Detlev Arendt, científico responsable del trabajo. "Por muy sencillo que parezca, responder a esta pregunta estaba más allá de nuestras capacidades tecnológicas".

Los resultados de este estudio sugieren que las células que regulan la alimentación y controlan el entorno microbiano de las esponjas podrían ser las precursoras evolutivas de los primeros cerebros animales.

"Demostramos que ciertas células de las cámaras digestivas de las esponjas activan genes sinápticos. Así, incluso en un animal primitivo que carece de sinapsis, dichos genes están activos en partes de su cuerpo", indica Jacob Musser, investigador del EMBL y autor principal del estudio.

Identificar qué genes sinápticos modernos comparten un pasado común con las esponjas no es una tarea sencilla. Los investigadores Ana Hernández Plaza, Carlos P. Cantalapiedra y Jaime Huerta Cepas, del laboratorio de Genómica Comparada del CBGP (UPM-INIA/CSIC), han desarrollado métodos bioinformáticos para averiguar qué genes de las esponjas podrían ser considerados versiones primitivas de los genes sinápticos en otros animales.

Establecer correspondencias entre los genes de especies muy divergentes es complicado. Nuestro equipo ha utilizado métodos computacionales para esclarecer las relaciones evolutivas entre cada uno de los genes de las esponjas y los de otros animales. Estos análisis nos han permitido revelar el posible origen de genes considerados imprescindibles para la transmisión nerviosa”, comenta Jaime Huerta Cepas, responsable de los análisis filogenómicos y del grupo de investigación del CBGP que participa en este estudio.

Los resultados derivados de este trabajo aportan nuevos datos e interpretaciones sobre el origen de las neuronas y del sistema nervioso, uno de los temas más controvertidos en el campo de la biología evolutiva del desarrollo.

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Célula neuroide de la esponja (azul) anidada entre el aparato de alimentación y los flagelos de las células que recubren la cámara digestiva circular de la esponja. La imagen fue tomada mediante microscopía electrónica. Copyright: Jacob Musser, Giulia Mizzon, Constantin Pape, Nicole Schieber, Creative Team / EMBL

Publicación Original:

Musser, J.M., Schippers, K.J., Nickel, M., Mizzon, G., Kohn, A.B., Pape, C., Ronchi, P., Papadopoulos, N., Tarashansky, A.J., Hammel, J.U., Wolf, F., Liang, C., Hernández-Plaza, A., Cantalapiedra, C.P., Achim, K., Schieber, N.L., Pan, L., Ruperti, F., Francis, W.R., Vargas, S., Kling, S., Renkert, M., Polikarpov, M., Bourenkov, G., Feuda, R., Gaspar, I., Burkhardt, P., Wang, B., Bork, P., Beck, M., Schneider, T.R., Kreshuk, A., Wörheide, G., Huerta-Cepas, J., Schwab, Y., Moroz, L.L., Arendt, D. 2021. Profiling cellular diversity in sponges informs animal cell type and nervous system evolution. Science 374, 717–723. DOI: 10.1126/science.abj2949

 

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