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Después de todo, Ctenóforos, y no esponjas, podrían constituir el grupo de animales más antiguo.

Algo fascinante ocurrió hace uno 600 millones de años. La vida, que hasta entonces fue aburrida y unicelular, sufrió una de las mayores transformaciones cuando un organismo unicelular dio origen a los primeros animales. Con sus cuerpos multicelulares, los animales evolucionaron en una asombrosa variedad de formas, desde la humilde abeja a la ballena azul, pasando por los pájaros que cruzan los cielos de nuestro mundo, este maravilloso planeta llamado Tierra.

Durante más de un siglo, los biólogos se han preguntado cómo eran los primeros animales cuando estos surgieron por primera vez en los antiguos océanos. Buscando en el árbol genealógico los animales actuales de aspecto más primitivo, los científicos redujeron gradualmente las posibilidades a dos grupos: esponjas, que pasan toda su vida adulta en un lugar, filtrando alimentos del agua de mar; y medusas peine o ctenóforos, depredadores voraces que nadan a través de los océanos del mundo en busca de comida. En la última década la batalla entre los que proponen unos y otros se ha recrudecido y en Neofronteras hemos tratado de exponer los distintos argumentos a lo largo de estos años.

Ahora, en un nuevo estudio sus autores utilizan un enfoque novedoso basado en la estructura cromosómica para llegar a una respuesta definitiva: los ctenóforos fueron el primer linaje en ramificarse fuera del árbol animal. Las esponjas fueron las siguientes, seguidas por la diversificación de todos los demás animales, incluido el linaje que condujo a los humanos.

Aunque estos investigadores determinaron que el linaje de los ctenóforos se ramificó antes que las esponjas, ambos grupos de animales han continuado evolucionando a partir de su ancestro común, por lo que no hay que imaginarlos entones tal y como son ahora. Sin embargo, los biólogos evolutivos creen que estos grupos aún comparten características con los primeros animales. Estudiar estas primeras ramas del árbol de la vida animal puede arrojar luz sobre cómo surgieron y evolucionaron los animales hasta la diversidad de especies que vemos hoy a nuestro alrededor.

«El ancestro común más reciente de todos los animales probablemente vivió hace 600 o 700 millones de años. Es difícil saber que aspecto tenían porque eran animales de cuerpo blando y no dejaron un registro fósil directo. Pero podemos usar comparaciones entre seres vivos animales para aprender sobre nuestros ancestros comunes. Es emocionante. Estamos mirando hacia atrás en el tiempo donde no tenemos esperanza de obtener fósiles, pero al comparar genomas, estamos aprendiendo cosas sobre estos ancestros muy tempranos», dice Daniel Rokhsar (Universidad de California, Berkeley).

Dicen los investigadores que comprender las relaciones entre los linajes de animales ayudará a los científicos a comprender cómo evolucionaron en el tiempo las características clave de la biología animal, como el sistema nervioso, los músculos y el tracto digestivo.

«Desarrollamos una nueva forma de tener una de las miradas más profundas sobre los posibles orígenes de la vida animal. Este hallazgo sentará las bases para que la comunidad científica comience a desarrollar una mejor comprensión de cómo han evolucionado los animales», dice Darrin Schultz (Universidad de Viena/ UC Santa Cruz).

La mayoría de los animales, incluidos gusanos, moscas, moluscos, estrellas de mar y vertebrados, incluidos los humanos, tienen una cabeza con un cerebro centralizado, un intestino que va desde la boca hasta el ano, músculos y otras características compartidas que ya habían evolucionado en el momento de la famosa explosión del Cámbrico, hace unos 500 millones de años. A estos animales se les llama bilaterales por disponer de esta simetría.

Sin embargo, como las medusas, las anémonas, las esponjas y los ctenóforos tienen diseños corporales más simples. Estas criaturas carecen de muchas características bilaterales. Así, por ejemplo, carecen de un cerebro definido y es posible que ni siquiera tengan un sistema nervioso o músculos, pero aún comparten las características de la vida animal, en particular el desarrollo de cuerpos multicelulares a partir de un óvulo fertilizado.

Las relaciones evolutivas entre estas diversas criaturas, específicamente, el orden en que cada uno de los linajes se ramificó del tronco principal del árbol de la vida animal, ha sido controvertido.

Con el auge de la secuenciación del ADN, los biólogos pudieron comparar las secuencias de genes compartidas por los animales para construir un árbol filogenético que muestre cómo los animales y sus genes evolucionaron con el tiempo desde que surgieron los primeros animales en el Período Precámbrico.

Pero estos métodos filogenéticos basados en secuencias de genes no lograron resolver la controversia sobre si las esponjas o las medusas de peine fueron la rama más antigua del árbol animal, en parte debido a la profunda antigüedad de su divergencia.

Los resultados de algunos estudios basados en secuencias genéticas estaban básicamente divididos. Algunos investigadores realizaron análisis bien diseñados y descubrieron que las esponjas se ramificaban primero. Otros realizaron estudios igualmente complejos y obtuvieron que fueron los ctenóforos fueron los primeros.

Las esponjas parecen bastante primitivas. Después de su etapa larvaria libre, se asientan en el fondo y generalmente permanecen en ese lugar, haciendo pasar suavemente el agua a través de sus poros para capturar pequeñas partículas de alimento disueltas en el agua de mar. No tienen nervios ni músculos. Tradicionalmente se había considerado a las esponjas como la primera rama del árbol animal, precisamente porque carecen de sistema nervioso y músculos. Las esponjas tendrían sentido como el animal más antiguo. Son tan simples, que puede sorprender que sean animales, pero su composición molecular revela su parentesco. Producen ciertas proteínas, como el colágeno, que solo producen los animales. Además, su ADN muestra que están más estrechamente relacionadas con los animales que con otras formas de vida.

Si asumimos que fueron los primeros, entonces, pese a partir de esa simpleza, la evolución hizo el resto y aparecieron las neuronas, los nervios, los músculos y el aparato digestivo. En este escenario, el linaje de las esponjas conserva muchas características del antepasado animal en la rama que conduce a todos los demás animales, incluyéndonos a nosotros. Pero, en este caso, los animales desarrollaron un sistema nervioso solo después de que las esponjas se ramificaran.
El otro candidato para el linaje animal más antiguo es el grupo de las medusas peine, que son animales populares en muchos acuarios. A principios de este siglo XXI, otros científicos llegaron a esta conclusión sorprendentemente diferente a partir de datos genéticos.

Si bien superficialmente se parecen a las medusas, solo tienen una relación lejana. A menudo tienen una forma de campana, aunque con dos lóbulos y se abren camino a través del agua, impulsadas por ocho filas de cilios dispuestos a los lados como peines. Estos cilios forman bandas iridiscentes que parpadean en la oscuridad de la profundidad del océano.

Muchos expertos se mostraron reacios a aceptar esa conclusión, porque significaba que la evolución animal era más extraña de lo que creían. Entre otras cosas, las medusas peine no eran tan simples como las esponjas. Tienen un sistema nervioso constituido por una red de neuronas que se distribuye por sus cuerpos y que controla sus músculos.

Para saber si las esponjas o los ctenóforos fueron la primera rama de los animales, el nuevo estudio se basa en una característica en concreto: la organización de los genes en cromosomas. Cada especie de ser vivo tiene un número de cromosomas característico y una distribución característica de genes a lo largo de los cromosomas.

Los investigadores implicados habían demostrado previamente que los cromosomas de esponjas, medusas y muchos otros invertebrados portan conjuntos de genes similares, a pesar de los más de 500 millones de años de evolución independiente. Este descubrimiento sugirió que los cromosomas de muchos animales evolucionan lentamente y permitió al equipo reconstruir computacionalmente los cromosomas del ancestro común de estos diversos animales.

Pero la estructura cromosómica de los ctenóforos se desconocía hasta 2021, cuando determinaron la estructura cromosómica del ctenóforo Hormiphora californiensis (ver foto de cabecera) y vieron que era muy diferente a los de otros animales.

«Al principio, no podíamos decir si los cromosomas de los ctenóforos eran diferentes de los de otros animales simplemente porque habían cambiado mucho durante cientos de millones de años. Alternativamente, podrían ser diferentes porque se ramificaron primero, antes de que aparecieran todos los demás linajes de animales. Necesitábamos resolverlo», dice Rokhsar.

Entonces los investigadores secuenciaron los genomas de otro ctenóforo, una esponja y tres seres unicelulares que están fuera del linaje animal: un coanoflagelado, una ameba filasterea y un parásito de peces llamado ictiospora. Aunque las secuencias aproximadas del genoma de estos no animales ya existían, no contenían la información crítica necesaria para la vinculación de genes a escala cromosómica para saber en dónde se ubican en los cromosoma.

En concreto, analizaron un tipo de cambio genético especial. En raras ocasiones, una gran parte del ADN se mueve accidentalmente de un cromosoma a otro. Las probabilidades de que exactamente el mismo trozo de ADN se mueva precisamente al mismo lugar por segunda vez son astronómicamente bajas. También es casi imposible que ese trozo regrese exactamente al lugar de donde vino.

Sorprendentemente, cuando el equipo comparó los cromosomas de estos animales y no animales, encontraron que los ctenóforos y los no animales compartían combinaciones particulares de genes y cromosomas, mientras que los cromosomas de las esponjas y otros animales se reorganizaron de una manera claramente diferente, pero similar entre sí.

Encontraron varios fragmentos de ADN exactamente en el mismo lugar en los genomas de esponjas y otros animales. Pero estos trozos estaban en una posición diferente en las medusas peine y en los parientes unicelulares de los animales.

Ese hallazgo llevó al Dr. Schultz y sus colegas a concluir que las medusas peine se separaron primero de otros animales. El encontrar un puñado de reordenamientos compartidos por esponjas y animales que no eran ctenóforos fue la prueba irrefutable pues, en contraste, los ctenóforos se parecían a los no animales. La explicación más simple es que los ctenóforos se ramificaron antes de que ocurrieran esos reordenamientos.

En particular, en siete de estos grupos de genes las medusas peine tenían patrones presentes en al menos un ancestro unicelular, pero faltaban en las esponjas y los otros grupos de animales, por lo que las medusas peine se tuvieron que separar de los otros animales antes de los eventos de reordenación que dieron a los otros animales distintos patrones compartidos.

La posibilidad de que el patrón haya ocurrido por casualidad es extremadamente improbable. Si bien los genes individuales pueden ser reorganizados por la evolución, el reordenamiento de grupos de genes vinculados producidos por la mezcla y fusión de cromosomas es un evento raro e irreversible.

Es fascinante que las pistas de este antiguo evento evolutivo todavía están presentes en los genomas de los animales cientos de millones de años después. Los genomas son como libros antiguos en donde se relatan hechos que ocurrieron hace cientos de millones de años o más. Cuando se extingue una especie es como si quemáramos una biblioteca, porque perdemos esa información.

Esta investigación proporciona un contexto para comprender qué hace que los animales sean animales y ayudará a entender las funciones básicas que todos compartimos, como cómo los animales perciben su entorno, cómo comen y cómo se mueven.

Si el resultado se mantiene, tendrá amplias implicaciones para comprender la evolución de las neuronas, los músculos y otros sistemas de órganos en los animales. Por ejemplo, las esponjas no tienen neuronas, pero las medusas peine sí. Si las medusas peine se separaron primero, entonces esto podría significar que las neuronas evolucionaron de forma independiente en medusas peine y otros grupos de animales. También puede ocurrir que las esponjas perdieran el sistema nervioso con el tiempo.

El caso del sistema nervioso es un rompecabezas. Recientemente, Maike Kittelmann (Universidad de Oxford, Brookes) y sus colaboradores congelaron larvas de medusas para así poder observar microscópicamente su sistema nervioso. Lo que vieron los dejó perplejos: algunas neuronas de estos animales no tenían sinapsis. En concreto, la parte epitelial que une los sensores de la piel del animal con los actuadores forma una red que está en la piel del ctenóforo y en esta red no hay sinapsis, no hay neuronas individuales.

En todo el reino animal, las neuronas suelen estar separadas entre sí por pequeños espacios llamados sinapsis que son usados para comunicarse mediante la liberación de sustancias químicas. El caso de la medusas peine sería la única excepción y su sistema nervioso formaría una red continua. Se podría especular que las medusas peine pueden haber desarrollado su propio extraño sistema nervioso independientemente de otros animales, utilizando algunos de los mismos componentes básicos que estarían presentes en el ancestro común a todos ellos.

Los investigadores implicados tratarán ahora de estudiar en profundidad a las medusas peine para ver cuán similares y diferentes son sus sistemas nerviosos de los de otros animales.

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Fuentes y referencias:
Artículo original I.
Artículo original II.
Foto: Monterey Bay Aquarium Research Institute.