Los miles de millones de neuronas del cerebro humano representan una colección de células que se encuentran entre las más especializadas y variables de nuestro cuerpo. Las neuronas convierten señales eléctricas en señales químicas y, en los humanos, su longitud puede ser tan pequeña como para abarcar apenas la punta de un lápiz afilado o, en algunos casos, incluso abarcar el ancho de una puerta. Su control flexible del movimiento y la toma de decisiones explica por qué son tan clave para la supervivencia en el reino animal.
La mayoría de los animales dependen de su asignación de neuronas para sobrevivir. Podría ser lógico, entonces, que el ancestro común de todos estos animales también se desplazara por la Tierra hace millones de años bajo la guía de señales electroquímicas transmitidas y recibidas por redes de neuronas. La idea de que estas células fundamentales evolucionaron varias veces parece inverosímil porque las neuronas son células muy complejas y también son bastante similares entre los linajes animales. Pero una serie de estudios recientes de biología evolutiva están cuestionando la suposición de que todas las neuronas animales tienen un origen único.
Estos hallazgos son la culminación de varios años de investigación y debate sobre los linajes animales evolutivos tempranos y las células y sistemas presentes en esas especies. El primer hallazgo de este tipo provino del estudio de las relaciones entre los primeros animales, centrándose en dos tipos particulares de organismos: esponjas (incluidas esponjas marinas y variedades de agua dulce) y ctenóforos, invertebrados a menudo conocidos como medusas peine, aunque no están relacionados con las medusas. Durante aproximadamente 15 años, los biólogos evolutivos han estado divididos sobre si los ctenóforos o las esponjas fueron los primeros animales en ramificarse de todos los demás animales del árbol evolutivo. Hace cientos de millones de años, el ancestro común de todos los animales vivos se dividió en dos especies. Por un lado estaba el ancestro común de todos los grupos de animales excepto uno. Del otro lado estaba ese “uno”, el “grupo hermano” que fue el primero en separarse de todos los demás animales. Una pregunta persistente ha sido si el grupo hermano eran las esponjas o los ctenóforos.
Un artículo convincente publicado el año pasado respalda firmemente la hipótesis de que Los ctenóforos son, de hecho, el grupo hermano largamente buscado.. Los investigadores descubrieron que los ctenóforos se ramificaron antes que las esponjas y, por lo tanto, son el grupo más distantemente relacionado con todos los demás animales. Sin embargo, a pesar de la nueva evidencia, lo que sucedió exactamente en la historia evolutiva aún no está resuelto debido al enigma que plantea al explicar la evolución de las neuronas.
Las neuronas están ausentes en las esponjas y están presentes en los ctenóforos y en casi todos los demás animales del planeta. Si los ctenóforos se ramificaron antes que las esponjas en el árbol de la vida, eso sugiere uno de dos escenarios para la evolución de las neuronas. En un escenario, el precursor de todos los animales, que vivió hace casi mil millones de años, tenía neuronas y cada especie animal las heredó. Eso significaría que las esponjas debieron haber perdido sus neuronas en algún momento, porque ya no tienen las neuronas que heredaron sus antepasados.
Una alternativa postula que el antepasado de todos los animales carecía de neuronas, lo que explica por qué los animales que divergieron tempranamente, como las esponjas, no tienen neuronas. Por lo tanto, las neuronas en la mayoría de los animales debieron haber surgido más tarde, después de que las esponjas divergieron, excepto las neuronas de los ctenóforos. Si el ancestro común carecía de neuronas, y las neuronas en la mayoría de los animales surgieron después de que los ctenóforos y las esponjas ya se habían ramificado, entonces las neuronas de los ctenóforos debieron haber evolucionado de forma independiente. Las neuronas evolucionan dos veces en este escenario—una vez en ctenóforos y luego en otros animales, lo que pone en duda el origen único de las neuronas.
“Por el momento, diría que estoy indeciso” sobre cuál de estos dos escenarios es más probable, afirma. Detlev Arendtprofesor y científico senior del Laboratorio Europeo de Biología Molecular especializado en la evolución de las neuronas y los sistemas nerviosos.
Max Telford, profesor de zoología en el Centro para los Orígenes y la Evolución de la Vida del University College de Londres, apoya más el primer escenario. “Es totalmente plausible que las esponjas no tengan sistema nervioso porque lo han perdido porque son filtradores sedentarios y no necesitan un sistema nervioso complejo”, dice. “La simplificación y la pérdida ocurren todo el tiempo”.
Las esponjas no serían las únicas que habrían perdido sus neuronas. Telford señala el ejemplo de los mixozoos, que son algunos de los animales más pequeños del mundo y están estrechamente relacionados con las medusas y las anémonas de mar. Es casi seguro que el ancestro común de estos tres animales tenía un sistema nervioso, pero los mixozoos lo perdieron en algún momento del pasado evolutivo profundo.
El panorama también se ve empañado por el hecho de que las neuronas de los ctenóforos son muy extrañas; tan extrañas, de hecho, que no sería una sorpresa que las neuronas de los ctenóforos surgieran independientemente de las neuronas de otros animales. Otro artículo reciente encontró que gran parte del sistema nervioso de los ctenóforos consiste en neuronas sin sinapsis, una característica que no se ha confirmado que exista en ningún otro lugar del reino animal. “No existe ningún otro ejemplo de una variante tan extrema del sistema nervioso”, afirma Arendt. “Pero hay muchos ejemplos en los que los sistemas nerviosos se reducen y se vuelven muy simples”, añade.
Leslie Babonis, profesor asistente de ecología y biología evolutiva en la Universidad de Cornell, que estudia el origen de nuevos rasgos animales, puede imaginar escenarios en los que estas extrañas neuronas aún evolucionaron a partir del mismo precursor hacia neuronas de otros linajes. “Hay mucha evidencia que sugiere que las neuronas evolucionaron una vez en el ancestro común de todos los animales y que cada linaje… ha modificado esas neuronas de maneras realmente complejas y diferentes”. Al mismo tiempo, “también desafía nuestra visión del mundo de que estos animales renunciarían a estas cosas importantes”, como las neuronas, dice.
No ha surgido ningún consenso. “Creo que necesitamos saber más sobre los nervios y las células nerviosas y cuáles fueron sus precursores”, dice Telford.
De hecho, desentrañar la historia evolutiva de las neuronas puede requerir abordar algunos de los conceptos básicos de cómo surgieron las neuronas en primer lugar. Los biólogos no han establecido un modelo de cómo las neuronas podrían haber evolucionado una vez, y mucho menos dos veces. Uno de los principales contendientes ha sido la “hipótesis del cerebro químico, a veces llamada “hipótesis de la red neurosecretora”, que sugiere que los precursores de las neuronas eran células que dependían únicamente de mensajes químicos para enviar señales a través de un organismo. La hipótesis del cerebro químico recibió un gran impulso en septiembre pasado, gracias a unos animales desconocidos llamados placozoos. Los placozoos son invisibles sin la ayuda de un microscopio. Son habitantes del océano, como los ctenóforos, pero sólo tienen unas pocas capas de células de espesor y sus cuerpos son amorfos. Sin embargo, a diferencia de los ctenóforos, los placozoos no tienen neuronas. En cambio, dependen en gran medida de células peptidérgicas especializadas, que liberan o responden a cadenas cortas de aminoácidos, para pilotear sus diminutos cuerpos utilizando únicamente señales químicas.
Las células peptidérgicas de los placozoos no son neuronas. No utilizan impulsos eléctricos y sus mensajes a las células cercanas se limitan a enviar señales a otras células, a diferencia de las neuronas, que pueden enviarlas y recibirlas. Pero un nuevo análisis ha descubierto que Las células peptidérgicas tienen algunos paralelos genéticos inquietantes con las neuronas. y contienen proteínas asociadas con estructuras físicas que rodean las sinapsis en los sistemas nerviosos. Esto sugiere un modelo de cómo podrían haber evolucionado las neuronas animales y refuerza trabajos previos para establecer un vínculo entre las células secretoras químicas y las células nerviosas.
Si bien esta investigación apoya la hipótesis del cerebro químico, no descarta otros modelos para la evolución de las neuronas. Otro marco de mediados del siglo XX que Arendt ha denominado “hipótesis de la red contráctil” postula que las neuronas alguna vez fueron parte de hipotéticas “células neuromusculares” que pueden haber integrado las funciones tanto de músculos como de neuronas. Es importante destacar que las hipótesis del cerebro químico y de la red contráctil no son mutuamente excluyentes.
“Las neuronas, incluso dentro de un mismo linaje evolutivo, pueden tener dos orígenes”, afirma Arendt. “Tal vez ambas cosas sean ciertas, pero ocurren en diferentes posiciones del cuerpo”. Incluso Los diferentes tipos de sinapsis dentro de nuestro cerebro tienen diferentes orígenes.. Puede resultar que muchos componentes de nuestro sistema nervioso hayan evolucionado más de una vez, incluso si se puede rastrear el origen de las neuronas en los animales hasta un solo ancestro.