Resuelven un gran misterio científico: ¿cómo se formaron las neuronas por primera vez?

Las neuronas son unas células extraordinarias. Tenemos miles de millones, están conectadas unas con otras, no solo en el cerebro, y nos permiten realizar todo tipo de funciones, porque transmiten la información necesaria: reciben estímulos y los convierten en impulsos nerviosos para enviar señales. Los científicos saben mucho sobre ellas, pero probablemente desconocen mucho más, por ejemplo, de dónde surge un sistema tan sofisticado en la historia de la evolución. Sin embargo, parte de la sorprendente respuesta se publica hoy en la revista Cell gracias al trabajo de un laboratorio de Barcelona.

La investigación del Centro de Regulación Genómica (CRG) ha encontrado las primeras células que se parecen evolutivamente a las neuronas en los placozoos, diminutos animales marinos que miden alrededor de un milímetro y cuyos ancestros aparecieron en la Tierra hace unos 800 millones de años. Aunque estas criaturas con forma de disco aplanado están entre los animales más simples que se conocen, ya que no tienen órganos ni partes del cuerpo diferenciadas, los científicos han identificado que disponen de distintos tipos celulares y que en uno de ellos están presentes los componentes moleculares que en otras especies, incluido el ser humano, han dado lugar a las células neuronales.

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“La célula es la unidad fundamental de la vida y por eso estudiamos los diferentes tipos que hay en animales”, explica a El Confidencial Sebastián Najle, investigador argentino del CRG y primer autor del trabajo. Al analizar los placozoos, se dieron cuenta de que las células peptidérgicas “expresan casi todos los genes necesarios para construir el llamado complejo presináptico, es decir, la maquinaria molecular que usan otros animales para emitir señales”. Aunque ya se conocía la existencia de esos genes en estos organismos e incluso en otros más antiguos, por primera vez se ha comprobado que se expresan de manera coordinada, que trabajan juntos.

Los placozoos se alimentan de algas y microbios, viven en la superficie de las rocas y en otros sustratos de mares cálidos y poco profundos. A pesar de no ser muy conocidos, forman uno de los cinco principales linajes de animales, junto con ctenóforos, esponjas, cnidarios (corales, anémonas de mar y medusas) y los bilaterales (todos los demás, también el ser humano). En realidad, no sabemos exactamente cómo eran los ancestros de estos pequeños seres hace 800 millones de años, porque, al carecer de esqueleto, no existen fósiles. No obstante, los investigadores deducen que las características genéticas encontradas se han conservado desde entonces a lo largo de la evolución. Sus células peptinérgicas ya eran similares a las neuronas, que aparecieron millones de años después en el ancestro común de los cnidarios y los animales bilaterales. Por el contrario, no existe nada parecido en otros animales con una ramificación más temprana, como las esponjas o los ctenóforos.

Cuáles son los parecidos

Pero ¿en qué se parecen exactamente las células peptinérgicas de los placozoos y nuestras neuronas? Una neurona es una célula especializada en transmitir una señal, con una parte dedicada a recibirla y otra dedicada a emitirla. La comunicación entre dos neuronas se produce gracias a una estructura denominada sinapsis. La parte que pertenece a la célula que emite la señal se denomina presinapsis y la parte de la célula que recibe la señal es la postsinapsis. “Las células peptidérgicas de los placozoos tienen la maquinaria necesaria para construir una presinapsis”, comenta Sebastián Najle. Es decir, que cuenta con los componentes moleculares necesarios y todo indica que funcionan de manera coordinada.

Las células peptidérgicas reciben este nombre porque las señales que emiten son péptidos, pequeños fragmentos de proteína. En esto también son similares a algunas de las neuronas de nuestro cerebro, que producen señales de la misma forma (en su caso, esos componentes se llaman neuropéptidos). Los investigadores del CRG pudieron trazar un mapa preliminar que mostró qué células de los placozoos emiten esos péptidos y qué otras células de su organismo serían capaces de recibir esa señal y actuar en consecuencia. “Es como un mecanismo de llave y cerradura, un péptido específico encajaría en una proteína receptora que está en otra célula y, de esa manera, se lograría emitir y recibir una señal”, afirma el experto.

Por otra parte, el estudio también ha revelado que estas células peptidérgicas se originan durante el desarrollo del placozoo a partir de unas células que se denominan progenitores y que se parecen mucho, a nivel molecular, a los progenitores de las neuronas en los organismos que tienen sistema nervioso. “Esto es realmente llamativo, porque no se trata solo de que se exprese un conjunto de genes similar, sino de que esas células se producen de manera semejante a las neuronas en otros animales”, destaca el autor del trabajo.

Los científicos de Barcelona han conseguido toda esta información gracias a la aplicación de técnicas genómicas avanzadas. La más relevante se denomina transcriptómica de células individuales (del inglés single-cell transcriptomics). “Es una técnica muy poderosa”, comenta Sebastián Najle, porque nos permite ver qué genes se expresan en cada una de las células de todo el organismo. De esa manera, podemos agrupar las células de acuerdo con sus similitudes moleculares y definir cuáles pertenecen a los tipos celulares que somos capaces de identificar en una muestra. Al saber cuáles son los genes que se expresan en cada célula, podemos asignarle una función determinada a ese tipo celular”, explica. De hecho, realizando comparaciones entre especies se puede llevar a cabo una reconstrucción para averiguar cómo evolucionaron los distintos tipos de células.

Los huecos de esta historia evolutiva

Los placozoos nunca se habían estudiado de esta manera. “No sabíamos que en estas células se encontraba funcionando de manera orquestada parte de la maquinaria molecular que forma parte de las neuronas en otros animales, y lo hemos podido comprobar con un gran nivel de detalle molecular”, declara el investigador. En cualquier caso, queda mucho para entender cómo ha sido la evolución de las neuronas hasta llegar a ser lo que son en el ser humano o en otros animales. “Hay un montón de huecos en esta historia”, reconoce el autor principal del trabajo.

Sus compañeros de laboratorio explican cuáles son algunos de ellos: “Los ctenóforos tienen redes neuronales, con diferencias y similitudes con las nuestras. ¿Significa eso que las neuronas evolucionaron una sola vez y luego divergieron, o más de una vez, en paralelo? ¿Son un mosaico, donde cada pieza tiene un origen diferente”, se pregunta Xavier Grau-Bové, investigador posdoctoral en el CRG y coautor del artículo publicado en Cell. De todos modos, lo interesante es que “estas peculiaridades que observamos en los placozoos nos recuerdan que, cuando prestamos atención no solamente a un grupo de especies muy estudiadas, sino a todo el espectro del árbol de la vida, nos encontramos con que hay muchos organismos cuya naturaleza es radicalmente diferente a la nuestra y que, a pesar de eso, nos pueden enseñar lecciones muy valiosas acerca de nuestra propia biología”, apunta Sebastián Najle.

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A medida que la ciencia continúe secuenciando genomas de alta calidad de especies diversas, la evolución de las neuronas y de otros tipos celulares se irá aclarando cada vez más. "Comprender cómo surgen o cambian las células con el tiempo es esencial para explicar la historia evolutiva de la vida. Los placozoos, ctenóforos, esponjas y otros animales tradicionalmente poco estudiados esconden secretos que apenas estamos comenzando a descifrar", asegura el profesor de investigación ICREA Arnau Sebé-Pedrós, otro de los firmantes del estudio. En ese sentido, este grupo del CRG tiene muy claro cuáles van a ser sus próximos pasos: seguir estudiando las ramas más desconocidas del árbol de la vida, tanto en animales como en otro tipo de organismos. Esa es la idea del proyecto Biodiversity Cell Atlas, en el que están involucrados estos científicos, junto con investigadores de todo el mundo. Su objetivo común es catalogar y estudiar toda la biodiversidad de tipos celulares.

Como suele ocurrir en ciencia, realmente no saben cuáles serán los frutos de ese trabajo. ¿Conocer el origen de las neuronas podría tener algún tipo de aplicación para entender mejor cómo funcionan estas células y curar o prevenir enfermedades relacionadas con ellas? “No lo descartaría en absoluto”, comenta el investigador argentino, “no sería la primera que haciendo investigación básica terminamos encontrando alguna herramienta o algún modelo de estudio que nos permita darle alguna aplicación para algo relacionado con la biomedicina o la biotecnología, pero esto es difícil de decir de antemano”.