En un artículo publicado en Nature Communications, científicos han utilizado el anfioxo, pariente cercano de los vertebrados, para comprender los mecanismos que permitieron esta complejidad.
La cabeza de los vertebrados: una estructura compleja específica de los vertebrados.
Los vertebrados se caracterizan por la presencia de estructuras morfológicas extremadamente complejas en comparación con otros cordados invertebrados. Una de estas estructuras, quizás la más fascinante, es su cabeza.
Esta cabeza está conformada por una serie de órganos y tejidos que se desarrollaron a lo largo de la evolución en respuesta a la adaptación de una forma pasiva a una forma activa de nutrición. Entre los tejidos que forman la cabeza, la musculatura es objeto de muchas preguntas. Esta musculatura proviene del mesodermo, el cual, junto con el ectodermo y el endodermo, es una de las tres capas embrionarias que se forman al inicio del desarrollo y generan en conjunto todos los tejidos del cuerpo adulto.
Un espécimen de lanceta (o anfioxo) —Subfilo: Cephalochordata— recolectado en sedimentos de arena gruesa (600 µm) en la Plataforma continental belga. Longitud total: aproximadamente 22 mm.
Imagen Wikimedia
A diferencia de los músculos del cuerpo, que se forman a partir de segmentos de mesodermo paraxial llamados somitos, los músculos de la cabeza se desarrollan a partir del mesodermo faríngeo no segmentado y la placa precordal.
Estudiar el anfioxo para entender cómo se formó la cabeza de los vertebrados.
Este desarrollo de músculos a partir de un territorio no segmentado es una característica específica de los vertebrados, y en los cefalocordados (es decir, anfioxo), invertebrados muy cercanos a los vertebrados, el mesodermo paraxial está segmentado a lo largo de todo el cuerpo, una característica propuesta como ancestral.
La aparición de nuevas estructuras morfológicas o de nuevos tejidos puede estar relacionada con la evolución de nuevos tipos celulares resultante de la reorganización de redes de regulación genética durante el desarrollo embrionario.
Así, para intentar formular hipótesis sobre la aparición de estos músculos específicos de los vertebrados, los de la cabeza, los científicos han utilizado la tecnología scRNA-seq (secuenciación del transcriptoma a escala de célula única) para construir un atlas celular de la neurula de anfioxo, una etapa del desarrollo en la que se especifican los principales compartimentos mesodérmicos.
Los datos obtenidos han permitido proponer una hipótesis sobre la historia evolutiva de los músculos de la cabeza en los vertebrados. Así, se ha puesto en evidencia la presencia en el anfioxo de un territorio similar a la placa precordal de los vertebrados, y se ha demostrado la homología entre territorios específicos de los somitos del anfioxo y el mesodermo faríngeo y lateral de los vertebrados.
Atlas de tipos celulares de la neurula de anfioxo.
A. Proyección bidimensional de los grupos de células ("metacélulas"). Las "metacélulas" están codificadas por colores según el tipo de célula.
B. Diagramas circulares que muestran la fracción de células asignadas a cada tipo celular entre los transcriptomas obtenidos (arriba); y reconstrucción 3D de la neurula de anfioxo con la asignación de los núcleos a cada capa embrionaria (abajo). Se muestra una sección transversal a la izquierda, y vistas dorsales a la derecha con la parte anterior en la parte superior (vista completa, sin núcleos de la epidermis y sin núcleos de la epidermis y células nerviosas).
© Nature Communications / Hector Escriva
En este escenario evolutivo, publicado recientemente en Nature Communications, la aparición de estructuras mesodérmicas específicas de la cabeza de los vertebrados habría estado asociada tanto a la segregación de poblaciones celulares preexistentes en su antepasado como a la cooptación de nuevos genes para el control de la formación de "nuevos" músculos.
Referencias:
An amphioxus neurula stage cell atlas supports a complex scenario for the emergence of vertebrate head mesoderm
Grau-Bové X, Subirana L, Meister L, Soubigou A, Neto A, Elek A, Naranjo S, Fornas O, Gomez-Skarmeta JL, Tena JJ, Irimia M, Bertrand S, Sebé-Pedrós A, Escriva H.
Nature Communications. 29 de mayo de 2024; DOI: 10.1038/s41467-024-48774-4. PMID: 38811547; PMCID: PMC11136973.