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Sobre el origen de la explosión del Cámbrico

Área: Biología,Medicina — lunes, 22 de enero de 2018

Proponen una nueva hipótesis que trataría de explicar la explosión del Cámbrico como un resultado de procesos biológicos intrínsecos.

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Como la gravedad, la evolución es un hecho. Pero las teorías que describen ese hecho, como cualquier teoría científica, cambian en el tiempo.

Darwin propuso en su día que la evolución se daba de modo gradual, poco a poco a lo largo de muchos millones de años. Por esta razón a Darwin le sorprendía la aparición súbita y la rápida diversificación de las plantas con flores en el registro fósil. Pero más aún le sorprendía la explosión del Cámbrico. Tanto es así que propuso que antes de dicha explosión tuvo que haber otros seres casi tan complejos que evolucionaban a un ritmo lento y constante, pero que no dejaron restos en el registro fósil.

Durante miles de millones de años la vida terrestre estuvo constituida por microorganismos, hasta que aparecieron los primeros seres pluricelulares durante el Ediacarense y posteriormente esa increíble diversificación del Cámbrico. Estas súbitas aceleraciones de la evolución no parecen artefactos de un registro fósil incompleto, sino que parecen reales.

El porqué de esta tardía y rápida diversificación de la vida animal constituye un gran misterio. Por ello han surgido modificaciones la teoría darwinista tradicional, como la del equilibrio puntuado de Gould.

Para explicar la explosión del Cámbrico se han sugeridos distintas teorías. Unas apelan a algún factor intrínseco de la propia biología como motor de esta explosión. Otras, sin embargo, apelan a factores externos que podrían cambiar la tasa de cambio evolutivo. Así, como ejemplo de este último tipo, estaría la teoría más aceptada de las últimas décadas según la cual lo que habría acelerado la evolución animal sería una elevación de los niveles de oxígeno atmosférico.

Sin embargo, la Geología no parece apoyar del todo esta teoría, pues una elevación de los niveles de oxígeno se dio ya bastante antes de la famosa explosión cámbrica y otra elevación posterior se dio una vez concluida dicha explosión. Además, se sabe que los animales simples requieren niveles de oxígeno relativamente bajos, niveles que se daban antes de la explosión del Cámbrico.

Ahora, un grupo interdisciplinar de investigadores de la Universidad de Lund en Suecia y de la Universidad del Sur de Dinamarca presentan una nueva teoría alternativa, según la cual, la dramática diversificación de la vida animal del Cámbrico se debería a la propia biología animal en lugar de deberse a condiciones ambientales.

Emma Hammarlund (Universidad de Lund) contactó con Sven Påhlman, de la misma universidad, que ha investigado durante dos décadas la importancia de la concentración baja de oxígeno o hipoxia en el desarrollo de tumores. Además contaron con Kristoffer von Stedingk (Universidad de Lund), también experto en tumores.

La idea era explicar esta tardía y rápida diversificación de la vida animal desde el punto de vista de la biología de los tumores. En concreto querían saber si durante la famosa explosión cámbrica se dio una explotación de las mismas herramientas moleculares que se dan en los tumores. Al fin y al cabo, los tumores no son más que una versión de multicelularidad desafortunada y fallida.

Las células madre de distintos tipos son vitales para la vida multicelular porque son las que pueden regenerar lo tejidos. Así, por ejemplo, la células de la pared interior del intestino humano se reemplazan cada 2 o 4 días gracias la división de este tipo de células.

Mientras que un nivel bajo de oxígeno no es problemático en general para las células animales, un nivel elevado de este elemento sí constituye un desafío fundamental para la multicelularidad. Sin herramientas adicionales, un nivel alto de oxígeno hace que las células madre formadoras de tejidos específicos maduren demasiado pronto.

La hipoxia se ve generalmente como una amenaza, pero la escasez de oxígeno en ciertos periodos es un prerrequisito de la vida multicelular. Las células madre son las que forman nuevos tejidos y son extremadamente sensibles a la presencia de oxígeno. Estas células tienen varios sistemas para lidiar con los efectos tanto de la presencia de oxígeno, como de su escasez. Algo que, según dice Påhlman, está muy claro en el caso de los tumores.

Estos sistemas tumorales cuentan con unas proteínas que engaña a las células para hacerlas creer que están en un ambiente hipóxico. Además, engañan a las células normales para que adquieran propiedades de las células madre, de ahí el alocado crecimiento de los tumores. La imitación de las propiedades de las células madre por parte de las células tumorales es la clave.

Estos investigadores han estudiado cómo las células tumorales secuestran los mecanismos específicos que evitan los efectos negativos que un alto nivel de oxígeno tiene en las células madre. Como consecuencia, las células tumorales son capaces de mantener las propiedades de las células madre a pesar de estar rodeadas por las altas concentraciones de oxígeno que reinan en los tejidos de los cuerpos de los animales de hoy en día.

A la habilidad de reconstruir las propiedades de las células madre pese a los altos niveles de oxígeno se le denomina pseudohipoxia y está presente en los tejidos normales de los vertebrados. Según los autores del estudio, esta es una de las claves que hizo a los animales tan exitosos y que dio lugar a su gran proliferación durante la explosión del Cámbrico.

Como se puede alcanzar la capacidad de multiplicadora de las células madre a través de unos factores de transcripción sensibles al oxígeno en un tejido oxigenado en regeneración, estos investigadores proponen como hipótesis que estos factores de transcripción hipoxia-inducible proporcionaron en su día a los animales de una capacidad de control sin precedentes sobre la habilidad de tener propiedades de células madre, algo que les permitió ser resistentes a las concentraciones fluctuantes de oxígeno.

Este refinamiento en la maquinaria de respuesta a la hipoxia permitió a las células mantener las propiedades de las células madre en condiciones de altos niveles de oxígeno y a los animales evolucionar en una ambiente oxidante.

La nueva hipótesis apoyaría la idea del pasado que sostenía que sería una innovación biológica la que disparó la diversificación del Cámbrico en lugar de ser los factores externos. La presencia de oxígeno no sería más que el resultado de la actividad fotosintética de algunos microorganismos al obtener energía a partir de la luz del Sol, lo que sería otro ejemplo más de evento inducido por la biología.

Esta nueva visión encajaría en otras observaciones geobiológicas, como la existencia prolongada antes de la explosión del Cámbrico de ambientes con suficiente oxígeno como para sustentar la vida animal compleja, pero sin que esta estuviera presente. Según esta nueva hipótesis, la vida animal no pudo aparecer entonces porque todavía no contaba con las herramientas moleculares necesarias para lidiar con ese oxígeno.

La hipótesis tiene además implicaciones sobre cómo los animales pueden haber variado sus capacidades de vivir en ambientes oxigenados y, quizás, para poder ver el cáncer como consecuencia de nuestra capacidad de vivir en nichos ecológicos ricos en oxígeno. Este óptica evolutiva de ver al cáncer es inusual en la investigación de este tipo de enfermedades.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: Wikimedia Commons.

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3 Comentarios »

  1. Miguel Ángel:

    Supone un enfoque novedoso que ofrecería una explicación compatible con esos periodos anteriores al Cámbrico en los que ya también hubo niveles significativos de oxígeno sin que estallase la pluricelularidad.

    “Estos sistemas tumorales cuentan con unas proteínas que engaña a las células para hacerlas creer que están en un ambiente hipóxico. Además, engañan a las células normales para que adquieran propiedades de las células madre, de ahí el alocado crecimiento de los tumores. La imitación de las propiedades de las células madre por parte de las células tumorales es la clave”.
    Este párrafo me ha hecho recordar otro estudio que vimos: http://neofronteras.com/?p=4969

  2. Miguel Ángel:

    +Segunda línea: “ya hubo también”

  3. tomás:

    Antes las leyes de Mendel, luego el equilibrio puntuado de Gould, más tarde la simbiosis de Margulis y todo cuanto en el futuro explique lo que todavía no está claro.

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