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«Nuestro trabajo pone a las esponjas en el centro del escenario para dilucidar la evolución del sistema nervioso». Con estas palabras el investigador del Laboratorio Europeo de Biología Molecular, Jacob Musser, resume el nuevo estudio que, liderado por él mismo y bajo el título Profiling cellular diversity in sponges informs animal cell type and nervous system evolution se publica esta semana en la revista Science.
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Y es que sus hallazgos apuntan a que las células involucradas en la regulación de la alimentación y el control del entorno microbiano de las esponjas podrían ser las precursoras de una comunicación celular más avanzada en los animales. «Una de las preguntas centrales en nuestro laboratorio es cómo evolucionó por primera vez el cerebro animal. Los cerebros de los animales son inmensamente complejos. Sin embargo, las esponjas son interesantes porque surgieron en la evolución antes de que los animales desarrollaran cerebros. Estábamos muy intrigados cuando otros investigadores descubrieron por primera vez que las esponjas tienen muchos genes sinápticos en su genoma que en los humanos se utilizan para comunicarse entre neuronas», explica Detlev Arendt, coautor del estudio.
El origen evolutivo de las células metazoarias complejas -aquellas de seres vivos pluricelulares móviles, heterótrofos y constituidos por células diferenciadas y agrupadas en tejidos- especializadas y capaces de comunicarse directamente entre sí, es toda un incógnita.
Las células involucradas en la regulación de la alimentación y el control del entorno microbiano de las esponjas podrían ser las precursoras de una comunicación celular más avanzada en los animales
A este respecto, los poríferos, también conocidos como esponjas de mar, se presentan como un caso muy paradójico, ya que, si bien se trata de organismos multicelulares, carecen de tejidos y órganos verdaderos, sistema nervioso, digestivo o circulatorio. Por todo ello, dependen del agua que fluye a través de sus cuerpos porosos para obtener alimentos, oxígeno y eliminar los desechos.
En el vídeo superior: las células neuroides (en color morado y rojo) envían una señal para contactar y comunicarse con células digestivas específicas de la cámara digestiva de la esponja (en color azul, verde, amarillo). Otras células de la cámara digestiva se muestran en gris.
Sin embargo, a pesar de su organización simple, las esponjas poseen genes que generalmente se expresan en neuronas o músculos de animales más complejos, así como genes utilizados por nuestro cerebro para construir conexiones sinápticas. Es más, pueden realizar contracciones de todo el cuerpo para eliminar los desechos de sus organismos.
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Hasta ahora, las células capaces de tal comunicación coordinada dentro de estas criaturas sin sistema nervioso, aún no había sido identificadas, en parte porque investigar el papel de los genes en las células de las esponjas ha supuesto un gran obstáculo tecnológico. Ahora, no obstante, gracias a la secuenciación del ARN, Musser y sus colegas llevaron a cabo un análisis exhaustivo de los tipos de células de la esponja de agua dulce, conocida con el nombre cientíco de Spongilla lacustris, con la que identificaron 18 tipos de células distintas, incluidas varias que antes eran desconocidas o poco entendidas.
A pesar de su organización simple, las esponjas poseen genes que generalmente se expresan en neuronas o músculos de animales más complejos
Así los autores describieron varios pinacocitos contráctiles, fagocitos ameboides y células neuroides secretoras, estrechamente asociadas con los coanocitos digestivos que expresan genes importantes en la comunicación sináptica, los cuales todos ellos residen alrededor de las cámaras digestivas de las esponjas. «Nuestro estudio se propuso aprender cómo las esponjas utilizan estos genes. Para nuestra sorpresa, encontramos dos tipos de células diferentes que utilizan los genes para establecer conexiones sinápticas que nuestras neuronas utilizan para comunicarse entre sí. Nuestros hallazgos sugieren que incluso los antepasados animales más simples y tempranos necesitaban usar estos genes para comunicar información importante entre las células», aclara Arendt.
Célula neuroide con brazos celulares
La célula neuroide de una esponja -en naranja- extiende los «brazos» que envuelven el aparato de alimentación de una célula digestiva de la propia esponja -en verde- para crear un vínculo para la comunicación dirigida. La imagen se tomó mediante microscopía electrónica.
La microscopía de rayos X y electrónica correlativa de las células neuroides reveló células especializadas que apoyan la comunicación celular alrededor de las cámaras digestivas y se utilizan para regular la alimentación, lo que sugiere, según argumentan los autores, que estos módulos podrían haberse conservado e incorporado posteriormente a la pre y post sinapsis en el sistema nervioso de los animales a lo largo de la evolución. O lo que es lo mismo, que el origen del complejo sistema nervioso animal podría hallarse en estas primitivas criaturas.
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