Arxiu d'etiquetes: autotomia

Arañas de las profundidades: los Picnogónidos

La biodiversidad es sorprendente. ¿Sabías que existen arañas marinas? Los Picnogónidos o “arañas de mar” son uno de los grupos de artrópodos más extraños que existen, tanto anatómica como biológicamente. Se encuentran dentro del subfilo de los quelicerados (grupo al que también pertenecen las arañas) y forman parte de la fauna invertebrada marina en todos los mares y océanos del mundo. ¡Aunque son tan escasos y se camuflan tan bien que son muy difíciles de ver!

¿Quieres saber dónde encontrarlas y cómo identificarlas? ¡Sigue leyendo!

Pero…¿Qué son los Picnogónidos?

Los picnogónidos (del griego pykno = “muchas o denso” y góny = “rodilla”), también llamados pantópodos (“todo patas”), son una clase de artrópodos marinos bentónicos (bentos = organismos que viven asociados al fondo marino) con una serie de rasgos únicos que los alejan del resto de miembros de su grupo. Se sitúan dentro del subfilo de los Queliceromorfos (Quelicerados), grupo que también incluye a los euquelicerados: arácnidos (arañas, escorpiones, garrapatas y ácaros), xifosuros (grupo relicto de organismos conocidos vulgarmente como “cangrejos cacerola”) y los extintos euriptéridos (escorpiones de mar).

Actualmente, se conocen alrededor de 8-9 familias, con 86 géneros (algunos de ellos fósiles) y más de 1.000 especies en todo el mundo dentro de un único orden viviente: Pantopoda.

antarctic
Picnogónido del océano Antártico de unos 30cm de longitud (foto: Keith Martin-Smith).

Viven en prácticamente todos los ambientes marinos a casi cualquier profundidad y latitud, desde las zonas ecuatoriales a las regiones polares tanto en las zonas costeras como en las llanuras abisales a unos 6000m de profundidad (más habituales en el Mediterráneo, el Caribe, y en los océanos Ártico y Antártico); aunque su aspecto críptico y su gran capacidad para camuflarse hace que sean muy difíciles de ver a simple vista.

Sea-spider
Picnogónido de la especie Nymphon gracile (Foto: Christophe Courteau)
seaspider
Picnogónido del género Pseudopallene (Foto: Claudia Arango)

Aunque en un principio se los había agrupado con los arácnidos (lógico teniendo en cuenta su aspecto, muy similar al de las arañas), estudios más profundos sobre su anatomía y biología llevaron a colocarlos en un grupo aparte. Se valora que puedan ser bien un grupo hermano de los euquelicerados, un grupo hermano de todos los quelicerados o, incluso, un grupo basal de todos los artrópodos vivientes; es decir, un grupo ancestral.

TOL web
Filogenia de los Artrópodos por el Tree of Life Project (Fuente: tolweb.org)

Anatomía externa

Los Picnogónidos son morfológicamente muy variados y abarcan un rango de tamaños muy amplio: los hay que apenas alcanzan unos pocos centímetros, los cuales son bastante frecuentes en el bentos costero, y otros que llegan a medir entre 50-70cm con las patas extendidas y que tienden a aparecer en las profundidades abisales.

divrsidad_morfológica
Distintas especies de picnogónidos y su diversidad morfológica (Cano E., 2015)

Como las arañas, presentan el cuerpo dividido en dos partes: prosoma (cabeza o céfalon + tórax) y opistosoma (abdomen). En la cabeza presentan una probóscide, un aparato de succión con el que filtran el alimento; 4 ojos encima de un tubérculo, una prominencia que hace que éstos queden más elevados; y tres pares de apéndices: los quelíforos, los palpos y las patas ovígeras, estas últimas (exclusivas de los picnogónidos) destinadas a la autolimpieza y mucho más desarrolladas en los machos para transportar los huevos y a las crías.

Presentan un total de 8 patas (a veces 10 o 12 debido a duplicaciones de los segmentos corporales) las cuales pueden tener el mismo grosor que el cuerpo. El hecho de que no haya una diferencia demasiado marcada entre el tamaño del cuerpo y las patas hace que parezca que estén hechos sólo de patas, lo que les da un aspecto llamativo (de ahí el nombre de Pantopoda: “todo patas”).

Anatomía externa de los picnogónidos (Fuente de la imagen: http://sprott.physics.wisc.edu/pickover/pycno2.gif)
Anatomía externa de los picnogónidos (Fuente de la imagen: http://sprott.physics.wisc.edu)

Anatomía interna

Internamente, los picnogónidos son muy curiosos: carecen de sistema respiratorio (dado que el cuerpo está cubierto por una cutícula o capa externa muy fina, el intercambio de gases se hace a través de su superficie) y excretor, su sistema circulatorio está muy reducido y el nervioso, formado únicamente por un cerebro simple y dos cordones nerviosos ventrales. Las gónadas u aparatos reproductores se encuentran en el prosoma (la parte anterior del cuerpo: cabeza + tórax), pero se ramifican y se abren al exterior en las patas locomotoras (es decir, en las que usan para desplazarse).

¿Dónde y cómo viven?

Como ya se ha comentado, los picnogónidos están ampliamente distribuidos en todos los mares del mundo; aunque tanto si se encuentran a mucha profundidad como en la superficie, en zonas cálidas o frías, se encuentran formando parte del bentos, es decir, de la fauna del sustrato.

img_fotosMiniatura_esquemaEcosistemas
Principales componentes biológicos de los ecosistemas marinos (Imagen de Castro y Huber, 2007).

Tras un cortejo aún desconocido, se reproducen sexualmente mediante la liberación de las células sexuales o gametos al medio, donde se produce la fecundación. Una vez fecundados, los huevos son recogidos por el macho, el cual se encargará de su cuidado. Para recogerlos, los aglutinan y enganchan a su cuerpo mediante la secreción de sustancias pegajosas o de cimentación; de esta forma, los huevos se apelotonan y quedan enganchados al cuerpo del padre formando una especie de esferas.

Sea-spider-male-carrying-eggs
Macho de Nymphon gracile con los huevos enganchados en las patas ovígeras (Foto: Christophe Courteau)
73397_orig
Tanystylum duospinum (© 2005 California Academy of Sciences, CC)

Tras la eclosión, emerge una larva de vida libre conocida como protoninfa, la cual alcanzará la adultez mediante un proceso de metamorfosis (desarrollo indirecto: ¿quieres saber más sobre metamorfosis? Haz click aquí).

Una vez crecen, pasan a tener una dieta básicamente carnívora, usando sus quelíceros para atrapara y trocear a otros organismos y su probóscide para succionar sus fluidos, tal y como hacen las arañas. Por lo general, se alimentan de organismos bentónicos o sésiles, como las anémonas, las esponjas o los briozoos.

sea on a briozoan
Picnogónido del género Pseudopallene sobre un briozoo (Foto: Claudia Arango).

NOTA: No son fáciles de ver, pero si sois curiosos y os gusta bucear, os animo a investigar entre las algas tupidas y los campos de fanerógamas litorales. ¡Con suerte veréis alguno!

Aunque siempre serán más fáciles de identificar si vemos alguno en movimiento (vídeo extraído del canal de Youtube Cloud. Tube):

Curiosidades del grupo

Los picnogónidos conforman un grupo muy curioso, tanto por su aspecto externo como por algunos de sus rasgos anatómicos y biológicos:

  • Algunas especies desarrollan una larva que se enquista dentro de otros organismos (p.ej. corales) y a los cuales sólo abandona tras alcanzar la madurez.
  • La duplicación de patas por un aumento del número de segmentos corporales (es decir, tener 10 o 12 en lugar de 8) es un fenómeno único entre los artrópodos.
  • Muchas especies presentan autotomía en sus apéndices locomotores; esto es, mutilaciones espontáneas que efectúan sobre sí mismos, pudiendo después regenerar el órgano perdido con todas sus estructuras originales (p.ej. la pérdida de la cola en las lagartijas).
  • Es de los pocos grupos de artrópodos en los que existe cuidado parental. El macho, el cual se encarga del cuidado de las crías, se encarga de mantener a salvo, limpiar y oxigenar los huevos todo el tiempo, e incluso de cuidar a las crías una vez eclosionan.

.         .         .

A día de hoy, los Picnogónidos son un grupo bastante desconocido a muchos niveles. Son antiguos, poco abundantes y se localizan a veces a tanta profundidad que su estudio resulta difícil; además, tampoco se les han atribuido beneficios directos para el hombre más allá de su importancia a nivel de biodiversidad y como parte esencial de las redes tróficas bénticas, hecho que, desgraciadamente, condena a muchos organismos al olvido.

Y tú, ¿qué opinas al respecto? ¿Consideras que es esencial preservar la biodiversidad?

Referencias

  • Australian Government. Department of Environment: Australian Antarctic Division. Web: http://www.antarctica.gov.au/science/cool-science/2010/sea-spiders-provide-insights-into-antarctic-evolution.
  • Bamber, R. N. & A. El Nagar (Eds.) 2014. Pycnobase: World Pycnogonida Database. Accesible (2014) en: http://www.marinespecies.org/pycnobase/
  • Biodiversidad, taxonomía y biogeografía de los Artrópodos de México. Vol. III, Edición: 2002, Capítulo: Pycnogonida (por Tomás Munilla), Publisher: Universidad Nacional Autónoma de México, Editores: J. Llorente y J. Morrone, pp.215-22.
  • Blaxter J., Douglas B. (1987). Advances in Marine Biology, Volumen 24. Academic Press.
  • Cano E., López P.J. (2015). Clase Pycnogonida, Orden Pantopoda. IDE@-SEA, nº 22 (30-06-2015): 1-13.
  • Padilla F., Cuesta A. Zoología Aplicada. Ediciones Díaz de Santos, 2003.
  • Fauna marina circalitoral del sur de la Península Ibérica: resultados de la campaña oceanográfica “Fauna I”. Editorial CSIC – CSIC Press, 1993.

Imagen de Portada: especie Colossendeis megalonyx del fondo del océano Antártico por Norbert Wu/Minden Pictures/FLPA.

Difusió-castellà

 

Aranyes de les profunditats: els Picnogònids

La biodiversitat és sorprenent. Sabies que hi ha aranyes marines? Els Picnogònids o aranyes de mar” són un dels grups d’artròpodes més estranys que existeixen, tant anatòmicament com biològicament. Es troben dins del subfílum dels quelicerats (grup dins els quals també trobem les aranyes) i formen part de la fauna invertebrada marina en tots els mars i oceans del món. Encara que són tan escassos i es camuflen tan bé que resulten molt difícils de veure!

Vols saber on trobar-les i com identificar-les? Segueix llegint!

Però…què són els Picnogònids?

Els picnogònids (del grec pykno = moltes o densi góny = genoll”), també anomenats pantòpodes (tot potes”), són una classe d’artròpodes marins bentònics (bentos = organismes que viuen associats al fons marí) amb una sèrie de trets únics que els allunyen de la resta de membres del seu grup. Se situen dins del subfílum dels quelicerats, grup que també inclou els euquelicerats: aràcnids (aranyes, escorpins, paparres i àcars), xifosurs (grup relicte d’organismes coneguts vulgarment com “crancs cassola“) i els extints euriptèrids (escorpins de mar) .

Actualment, es coneixen al voltant de 8-9 famílies, amb 86 gèneres (alguns d’ells fòssils) i més de 1.000 espècies a tot el món dins d’un únic ordre vivent: Pantopoda.
antarctic
Picnogònid de l’oceà  Antàrtic d’uns 30cm de longitud (foto: Keith Martin-Smith).

Viuen en pràcticament tots els ambients marins a gairebé qualsevol profunditat i latitud, des de les zones equatorials a les regions polars tant en les zones costaneres com a les planes abissals a uns 6000m de profunditat (més habituals a la Mediterrània, el Carib, i en els oceans Àrtic i Antàrtic); encara que el seu aspecte críptic i la seva gran capacitat per camuflar-se fan que siguin molt difícils de veure a simple vista.

Sea-spider
Picnogònid de l’espècie Nymphon gracile (Foto: Christophe Courteau)
seaspider
Picnogònid del gènere Pseudopallene (Foto: Claudia Arango)

Encara que al principi se’ls havia agrupat juntament als aràcnids (lògic tenint en compte el seu aspecte, molt similar al de les aranyes), degut al resultat d’estudis més profunds sobre la seva anatomia i biologia se’ls va acabar col·locant en un grup a part. També se’ls ha considerat com un grup basal de tots els quelicerats; és a dir, com un grup ancestral.

TOL web
Filogenia dels Artròpodes pel Tree of Life Project (Font: tolweb.org)

Anatomia externa

Els Picnogònids són molt variats morfològicament parlant i abracen un rang de mides molt ampli: n’hi ha que amb prou feines arriben a fer uns pocs centímetres de longitud, els quals són força freqüents al bentos de zonas costaneres, i altres que arriben a mesurar entre 50-70cm amb les potes esteses i que tendeixen a aparèixer en les profunditats abissals.

divrsidad_morfológica
Diferents espècies de picnogònids i la seva diversitat morfològica (Cano E., 2015)

Igual que les aranyes, presenten el cos dividit en dues parts: prosoma (cap o cèfalon + tòrax) i opistosoma (abdomen). Al cap presenten una probòscide, un aparell de succió amb el qual filtren l’aliment; 4 ulls damunt d’un tubercle, una prominència que fa que aquests quedin més elevats; i tres parells d’apèndixs: els quelífors, els palps i les potes ovígeres, aquestes últimes (exclusives dels picnogònids) destinades a l’autoneteja i molt més desenvolupades en els mascles per tal de transportar els ous i les cries.

Presenten un total de 8 potes (de vegades 10 o 12 com a resultat de duplicacions dels segments corporals) les quals poden tenir el mateix gruix que el cos. El fet que no hi hagi una diferència massa marcada entre la mida del cos i les potes fa que sembli que estiguin fets només de potes, el que els dóna un aspecte cridaner (d’aquí el nom de Pantopoda: tot potes”).

Anatomía externa de los picnogónidos (Fuente de la imagen: http://sprott.physics.wisc.edu/pickover/pycno2.gif)
Anatomia externa dels picnogònids (Font de la imatge: http://sprott.physics.wisc.edu)

Anatomia interna

Internament, els picnogònids són molt curiosos: no posseeixen sistema respiratori (donat que el seu cos està cobert per una cutícula o capa externa molt fina, l’intercanvi de gasos es fa a través de la seva superfície) ni excretor, el seu sistema circulatori està molt reduït i el nerviós, format únicament per un cervell simple i dos cordons nerviosos ventrals. Les gònades o aparells reproductors es troben en el prosoma (la part anterior del cos: cap + tòrax), però es ramifiquen i s’obren a l’exterior a les potes locomotores (és a dir, en les que fan servir per desplaçar-se).

On viuen i com?

Com ja s’ha comentat, els picnogònids estan àmpliament distribuïts en tots els mars d’arreu del món; tot i que, tant si es troben a molta profunditat com en la superfície, en zones càlides o fredes, sempre es troben formant part del bentos, és a dir, de la fauna del substrat.

img_fotosMiniatura_esquemaEcosistemas
Principals components biològics dels ecosistemes marins (Imatge de Castro i Huber, 2007).

Després d’un festeig encara desconegut, es reprodueixen sexualment mitjançant l’alliberament de les cèl·lules sexuals o gàmetes al medi, on es produeix la fecundació. Un cop fecundats, els ous són recollits pel mascle, el qual s’encarregarà de la seva cura. Per recollir-los, els aglutinen i enganxen al seu cos mitjançant la secreció de substàncies enganxoses o de cimentació; d’aquesta manera, els ous s’amunteguen i queden enganxats al cos del pare formant una espècie d’esferes.

Sea-spider-male-carrying-eggs
Mascle de Nymphon gracile amb els ous enganxats a les potes ovígeres (Foto: Christophe Courteau)
73397_orig
Tanystylum duospinum (© 2005 California Academy of Sciences, CC)

Després de l’eclosió, emergeix una larva de vida lliure coneguda com a protoninfa, la qual arribarà l’edat adulta mitjançant un procés de metamorfosi (desenvolupament indirecte: ¿vols saber més sobre metamorfosi? Fes click aquí).

Un cop creixen, passen a tenir una dieta bàsicament carnívora, fent servir els seus quelícers per atrapar i esquinçar altres organismes, i la seva probòscide per succionar els seus fluids, tal i com fan les aranyes. En general, s’alimenten d’organismes bentònics o sèssils, com les anemones, les esponges o els briozous.
sea on a briozoan
Picnogònid del gènere Pseudopallene a sobre d’un briozou (Foto: Claudia Arango).

NOTA: No són fàcils de veure, però si sou curiosos i us agrada bussejar, us animo a investigar entre les algues espesses i els camps de fanerògames litorals. Amb sort en veureu algun!

Però serà més fàcil identificar-los si abans els hem vist en moviment (vídeo extret del canal de Youtube Cloud. Tube):

Curiositats del grup

Els picnogònids conformen un grup molt curiós, tant pel seu aspecte extern com per alguns dels seus trets anatòmics i biològics:

  • Algunes espècies desenvolupen una larva que s’enquista dins d’altres organismes (per exemple coralls) i als quals només abandona després d’assolir la maduresa.
  • La duplicació de potes per un augment del nombre de segments corporals (és a dir, tenir 10 o 12 en lloc de 8) és un fenomen únic entre els artròpodes.
  • Moltes espècies presenten autotomia en els seus apèndixs locomotors; és a dir, mutilacions espontànies que efectuen sobre si mateixos, podent després regenerar l’òrgan perdut amb totes les seves estructures originals (p.ex. la pèrdua de la cua en les sargantanes).
  • És dels pocs grups d’artròpodes en què hi ha cura parental. El mascle, el qual s’encarrega de la cura de les cries, s’encarrega de mantenir fora de perill, netejar i oxigenar els ous tot el temps, i fins i tot de tenir cura de les cries un cop eclosionen.

.         .         .

A dia d’avui, els picnogònids són un grup bastant desconegut a molts nivells. Són antics, poc abundants i es localitzen de vegades a tanta profunditat que el seu estudi resulta difícil; a més, tampoc se’ls han atribuït beneficis directes per a l’home més enllà de la seva importància a nivell de biodiversitat i com a part essencial de les xarxes tròfiques bèntiques, fet que, malauradament, condemna a molts organismes a l’oblit.

I tu, què opines al respecte? Consideres que és essencial preservar la biodiversitat? Si hi són, de fet, serà per algun motiu…

Referències

  • Australian Government. Department of Environment: Australian Antarctic Division. Web: http://www.antarctica.gov.au/science/cool-science/2010/sea-spiders-provide-insights-into-antarctic-evolution.
  • Bamber, R. N. & A. El Nagar (Eds.) 2014. Pycnobase: World Pycnogonida Database. Accesible (2014) en: http://www.marinespecies.org/pycnobase/
  • Biodiversidad, taxonomía y biogeografía de los Artrópodos de México. Vol. III, Edición: 2002, Capítulo: Pycnogonida (por Tomás Munilla), Publisher: Universidad Nacional Autónoma de México, Editores: J. Llorente y J. Morrone, pp.215-22.
  • Blaxter J., Douglas B. (1987). Advances in Marine Biology, Volumen 24. Academic Press.
  • Cano E., López P.J. (2015). Clase Pycnogonida, Orden Pantopoda. IDE@-SEA, nº 22 (30-06-2015): 1-13.
  • Padilla F., Cuesta A. Zoología Aplicada. Ediciones Díaz de Santos, 2003.
  • Fauna marina circalitoral del sur de la Península Ibérica: resultados de la campaña oceanográfica “Fauna I”. Editorial CSIC – CSIC Press, 1993.

Imatge de portada: espècie Colossendeis megalonyx del fons de l’oceà Antàrtic per Norbert Wu/Minden Pictures/FLPA.

Difusió-català

Regeneració d’extremitats, de l’axolot a l’ésser humà

La regeneració de parts del cos perdudes o danyades en els animals es coneix des de fa bastants segles. El 1740 el naturalista Abraham Trembley va observar a un petit cnidari que podia regenerar el seu cap si li tallaven, per això el va anomenar Hydra, fent referència al monstre de la mitologia grega que podia regenerar els seus múltiples caps si li tallaven. Posteriorment, es va descobrir que hi havíen moltes altres espècies animals amb capacitats regeneratives. En aquesta entrada parlarem sobre aquests animals.

Regeneració al regne animal

La regeneració de parts del cos està molt més extesa entre els diferents grups d’invertebrats que de vertebrats. Aquest procés pot ser bidireccional, en el que els dos troços de l’animal regeneren les parts que els falten per a generar dos animals (com a l’hidra, les planàries, els cucs i les estrelles de mar), o unidireccional, en la que l’animal perd una extremitat però només la regenera sense que es formin dos animals (artròpodes, moluscs i vertebrats). Entre els vertebrats, peixos i amfibis són els que presenten més capacitats regeneratives, tot i que molts llangardaixos i alguns mamífers poden regenerar la cua.

ch14f01Imatge de Matthew McClements sobre la regeneració bidireccional en planàries, hidres i estrelles de mar. Extret de Wolbert's Principles of Development.

La regeneració es pot donar de dues maneres diferents:

  • Regeneració sense proliferació cel·lular activa o “morphalaxis”. En aquest tipus, la part del cos que falta és recreada principalment mitjançant la remodelació de cèl·lules preexistens. Això és el que passa en la Hydra, en la que les parts perdudes es regeneren sense la creació de material nou. Per tant, si es secciona una hidra per la meitat, obtindrem dues versions més petites de la hidra original.
Vídeo d'un experiment on s'ha seccionat una Hydra en diferents trossos. Vídeo de Apnea.
  • Regeneració amb proliferació cel·lular o “epimorfosis”. En aquest, la part perduda es regenera mitjançant proliferació cel·luar o sigui, que es crea “de nou”. Aquesta en la majoria de casos es produeix mitjançant la formació d’una estructura especialitzada anomenada blastema, massa de cèl·lules mare sense diferenciar que apareix en fenòmens de regeneració cel·lular.

Quasi tots els grups d’animals amb capacitats regeneratives presenten regeneració amb formació de blastema. Tot i així, l’orígen de les cèl·lules mare del blastema varia segons el grup. Mentre que les planàries presenten cèl·lules mare pluripotents (que poden diferenciar-se a qualsevol tipus cel·lular) repartides per tot el cos, els vertebrats presenten cèl·lules dels teixits on es forma el blastema.

Entre els vertebrats terrestres, les sargantanes i els urodels són els que mostren més habilitats regeneratives. A continuació veurem com ho aconsegueixen i les aplicacions que això té a la medicina actual.

Cues prescindibles

Quan ets un petit animal que està sent perseguit per un gat o un altre depredador, probablement et surti més rentable perdre la teva preciada cua a perdre la vida. Alguns vertebrats terrestres han evolucionat seguint aquesta filosofia, i ells mateixos poden desprendre’s de la seva cua voluntàriament mitjançant un procés anomenat autotomia caudal. Això els permet fugir dels seus depredadors, els quals s’entretenen amb la cua perduda que segueix movent-se.

 Vídeo on es veu com algunes sargantanes com aquest vanzosaure de cua vermella (Vanzosaura rubricauda) tenen cues de colors vius per atraure l'atenció dels depredadors. Vídeo de Jonnytropics.

L’autotomia o autoamputació, es defineix com un comportament en el que l’animal es desprèn d’una o vàries parts del cos. L’autotomia caudal la trobem en moltes espècies de rèptils i en dues espècies de ratolins espinosos del gènere Acomys. Entre els rèptils, trobem autotomia caudal en els lacèrtids, els dragons, els escíncids i les tuatares.

Acomys.cahirinus.cahirinus.6872Foto d'un ratolí espinós del Caire (Acomys cahirinus), un mamífer que és capaç de desprendre's de la seva cua i regenerar-la. Foto de Olaf Leillinger.

En els rèptils, la fractura de la cua es dóna en zones concretes de les vèrtebres caudals que estàn debilitades de per sí. L’autotomia es pot donar de dues formes diferents: l’autotomia intravertebral, en la que les vèrtebres del centre de la cua tenen plans de fractura transversals preparats per trencar-se si es presionen suficient, i l’autotomia intervertebral, en la qual la cua es trenca entre les vèrtebres per constricció muscular.

0001-3765-aabc-201520130298-gf03Model tridimensional de els plans de fractura de la cua d'un llangardaix i la regeneració post-autotomia d'un tub cartilaginós. Imatge extreta de Joana D. C. G. de Amorim et al.

L’autotomia caudal permet fugir a l’animal, però li sortirà car. Molts rèptils utilitzen la cua com a reservori de greixos i perdre aquest magatzem d’energia sol ser perjudicial per l’animal. Per això es sap que molts llangardaixos, un cop ha desaparegut l’amenaça, buscan la seva cua perduda i se la mengen, per almenys recuperar l’energia que teníen acumulada en forma de greix. A més, regenerar una cua nova és un procés costós energèticament.

DSCN9467Foto d'una sargantana iberoprovençal (Podarcis liolepis) que ha perdut la cua. Foto de David López Bosch.

La regeneració de la cua dels rèptiles difereix de la d’amfibis i peixos en que no es forma el blastema, i que en lloc de regenerar-se realment les vèrtebres caudals, es forma un tub de cartílag. La nova cua no és tan mòbil i sol ser més curta que l’original, i sol regenerar-se completament al cap d’unes setmanes. La majoria de llangardaixos poden regenerar la cua vàries vegades, però alguns com el vidriol (Anguis fragilis) només poden fer-ho un cop. En ocasions, la cua original no es trenca del tot però s’activen els mecanismes de regeneració, cosa que pot fer que ens poguem trobar alguna sargantana o algún dragó amb més d’una cua.

056 (2)Detall de la cua d'un dragó comú (Tarentola mauritanica) que ha regenerat la cua sense acabar de perdre la cua original. Foto de Rafael Rodríguez.

Urodels, els reis de la regeneració

De tots els tetràpodes, els amfibis són els que presenten les majors capacitats regeneratives. Durant la fase larvària de la majoria d’espècies, tant la cua com les extremitats (si les presenten) poden ser regenerades si les perden. La comunitat científica creu que això es deu a que en els amfibis el desenvolupament de les extremitats i altres òrgans es retrassen fins al moment de la metamorfosi. Tot i així, les granotes i els gripaus (anurs) només conserven els seus poders regeneratius durant la fase de capgròs, perdent-los al arribar a l’edat adulta.

Wood_frog_tadpoleCapgròs de granota de bosc (Rana sylvatica) que, com en tots els amfibis, posposa el desenvolupament de les extremitats fins al moment de la metamorfosi. Foto de Brian Gratwicke.

En canvi, moltes salamandres i tritons (urodels) conserven els seus poders regeneratius durant tota la vida. Encara que moltes espècies presenten autotomia caudal, a diferència de les sargantanes, els urodels regeneren completament, no només la cua, sinó pràcticament qualsevol teixit corporal perdut. De totes les espècies conegudes, l’axolot (Ambystoma mexicanum), un amfibi neotènic que arriba a l’edat adulta sense patir cap metamorfosi, ha servit com a organisme model per a l’estudi de la formació del blastema que precedeix a la regeneració.

 Vídeo on es parla del axolot, aquest curiós amfibi que està en greu perill d'extinció. Vídeo de Zoomin.TV Animals.

La regeneració que es dóna en les salamandres té fases genèticament similars a les que pateixen la resta de vertebrats al desenvolupar els diferents teixits i òrgans durant el desenvolupament embrionari. En l’axolot (i en la resta d’urodels) la regeneració després de l’amputació d’una extremitat passa per tres fases diferents:

  • Curació de la ferida: Durant la primera hora després de l’amputació, cèl·lules epidèrmiques migren a la zona de la ferida. El tancament de la ferida es produeix més o menys a les dues hores i hi intervenen els mateixos mecanismes que en la resta de vertebrats. Tot i així, la regeneració completa de la pell es retrassa fins al final de la regeneració.
  • Desdiferenciació: Aquesta segona fase comença a les 24 hores de l’amputació i és quan es forma el blastema. Aquest està format per cèl·lules dels teixits especialitzats de la zona d’amputació que perden les seves característiques (obtenen la capacitat de proliferar i diferenciar-se de nou), i de cèl·lules derivades del teixit connectiu que migren a la zona d’amputació. Quan aquestes cèl·lules de diferent origen s’acumulen i formen el blastema, s’inicia la proliferació cel·lular.
  • Remodelació: Per a l’inici de la tercera fase, és imprescindible la formació d’un blastema amb cèl·lules de diversos orígens. Un cop format el blastema de cèl·lules desdiferenciades, la formació de la nova extremitat segueix el mateix patró que en les extremitats de qualsevol vertebrat durant el desenvolupament embrionari (fins i tot hi intervenen els mateixos gens).
A_Stages_of_zebrafish_caudal_fin_regeneration_as_longitudinal_sections.Esquema de la formació del blastema en el peix zebra (Danio rerio) un altre organisme model. Imatge de Kyle A. Gurley i Alejandro Sánchez Alvarado.

Recentment s’han trobat fòssils de diversos grups de tetràpodes primitius que presenten rastres de regeneració. S’han trobat proves de regeneració d’extremitats en fòssils de temnospòndils (Apateon, Micromelerpeton i Sclerocephalus) i de lepospòndils (Microbrachis i Hyloplesion). Aquesta àmplia gamma de gèneres de tetràpodes basals que presenten regeneració i el fet de que molts peixos també la presentin, ha portat a molts científics a plantejar-se si els primers grups de tetràpodes primitius presentaven regeneració i aquesta es va perdre en els avantpassats dels amniotes (rèptils, aus i mamífers).

Axolotl_ganz
Foto d'un axolot, per LoKiLeCh.

Tot i així, es creu que la informació genètica de formació del blastema podria trobar-se en l’ADN dels amniotes tot i que estaria en estat latent. De les tres fases del procés de regeneració, l’única que és exclusiva dels urodels és la fase de desdiferenciació, ja que la fase de curació és igual a la cicatrització en la resta de vertebrats i la de remodelació és igual a la formació de extremitats durant l’embriogènesi. Actualment s’estan portant a terme multitud d’estudis sobre com reactivar els gens latents que promouen la formació del blastema en altres vertebrats, com per exemple els éssers humans.

Alguns òrgans humans com el ronyó i el fetge ja tenen certa capacitat de regeneració, però gràcies a l’investigació amb cèl·lules mare en animals com les salamandres i les sargantanes, actualment és possible regenerar dits, genitals i parts de la bufeta, el cor i els pulmons. Com hem vist, els diferents animals capaços de regenerar membres seccionats amaguen el secret que podria salvar a milers de persones. Recordem això la pròxima vegada que escoltem que centenars d’espècies d’amfibis i rèptiles es troben en perill per culpa de la mà de l’home.

Difusió-català

Referències

Per a l’elaboració d’aquesta entrada s’han utilitzat les següents fonts:

Regeneración de extremidades, del ajolote al ser humano

La regeneración de partes del cuerpo perdidas o dañadas en los animales es conocida desde hace varios siglos. En 1740 el naturalista Abraham Trembley observó a un pequeño cnidario que podía regenerar su cabeza si se la cortaban, por lo que lo llamó Hydra, en referencia al monstruo de la mitología griega que podía regenerar sus múltiples cabezas si se las cortaban. Posteriormente, se descubrió que había muchas otras especies animales con capacidades regenerativas. En esta entrada hablaremos sobre estos animales.

Regeneración en el reino animal

La regeneración de partes del cuerpo está mucho más extendida entre los diferentes grupos de invertebrados que de vertebrados. Este proceso puede ser bidireccional, en el que ambos trozos del animal regeneran las partes que les faltan para generar dos animales (cómo en la hidra, las planarias, los gusanos y las estrellas de mar), o unidireccional, en el que el animal pierde una extremidad pero solo la regenera sin que se formen dos animales (artrópodos, moluscos y vertebrados). Entre los vertebrados, peces y anfibios son los que presentan mayores capacidades regenerativas, aunque muchos lagartos y algunos mamíferos pueden regenerar sus colas.

ch14f01Imagen de Matthew McClements sobre la regeneración bidireccional en planàrias, hidras y estrellas de mar. Extraído de Wolbert's Principles of Development.

La regeneración se puede dar de dos maneras distintas:

  • Regeneración sin proliferación celular activa o “morphalaxis”. En este modo, la parte del cuerpo ausente es recreada principalmente mediante la remodelación de células preexistentes. Esto es lo que ocurre en la Hydra, en la que las partes perdidas se regeneran sin la creación de material nuevo. Por lo tanto, si se secciona una hidra por la mitad, obtendremos dos versiones más pequeñas de la hidra original.
Vídeo de un experimento en el que se ha seccionado una Hydra en diferentes trozos. Vídeo de Apnea.
  • Regeneración con proliferación celular o “epimorfosis”. En éste, la parte perdida se regenera mediante proliferación celular o sea, que se crea “de nuevo”. Ésta en la mayoría de casos se produce mediante la formación de una estructura especializada llamada blastema, masa de células madre sin diferenciar que aparece en fenómenos de regeneración celular.

Casi todos los grupos de animales con capacidades regenerativas presentan regeneración con formación de blastema. Aun así, el origen de las células madre del blastema varía según el grupo. Mientras que las planarias presentan células madre pluripotentes (que pueden diferenciarse a cualquier tipo celular) repartidas por todo el cuerpo, los vertebrados presentan células específicas en cada tipo de tejido (cartílago, músculo, piel…) que sólo generaran células de los tejidos donde se encuentre el blastema.

Entre los vertebrados terrestres, las lagartijas y los urodelos son los que muestran mayores habilidades regenerativas. A continuación veremos cómo lo consiguen y las aplicaciones que esto tiene en la medicina actual.

Colas prescindibles

Cuando eres un pequeño animal que está siendo perseguido por un gato u otro depredador, probablemente te salga más rentable perder tu preciada cola a perder tu vida. Algunos vertebrados terrestres han evolucionado siguiendo esta filosofía, y ellos mismos pueden desprenderse de su cola voluntariamente mediante un proceso llamado autotomía caudal. Esto les permite huir de sus depredadores, los cuáles se entretienen con la cola perdida que sigue moviéndose.

 Vídeo en el que se vé cómo algunas lagartijas como este vanzosaurio de cola roja (Vanzosaura rubricauda) tienen colas de colores brillantes para atraer la antención de los depredadores. Vídeo de Jonnytropics.

La autotomía o autoamputación, se define como un comportamiento en el que el animal se desprende de una o varias partes del cuerpo. La autotomía caudal la encontramos en muchas especies de reptiles y en dos especies de ratones espinosos del género Acomys. Entre los reptiles, encontramos autotomía caudal en los lacértidos, los geckos, los escincos o eslizones y en los tuataras.

Acomys.cahirinus.cahirinus.6872Foto de un ratón espinoso del Cairo (Acomys cahirinus), un mamífero que es capaz de desprenderse de su cola y regenerarla. Foto de Olaf Leillinger.

En los reptiles, la fractura de la cola se da en zonas concretas de las vértebras caudales que de por sí están debilitadas. La autotomía se puede dar de dos formas distintas: la autotomía intravertebral, en la que las vértebras del centro de la cola tienen planos de fractura transversales preparados para romperse si se les aplica suficiente presión, y la autotomía intervertebral, en la cual la cola se rompe entre las vértebras por constricción muscular.

0001-3765-aabc-201520130298-gf03Modelo tridimensional de los planos de fractura de la cola de un lagarto y la regeneración post-autotomía de un tubo cartilaginoso. Imagen extraída de Joana D. C. G. de Amorim et al.

La autotomía caudal permite huir al animal, pero le saldrá caro. Muchos reptiles utilizan la cola como reservorio de grasas y perder este almacén de energía suele ser perjudicial para el animal. Por eso se sabe que muchos lagartos, una vez ha desaparecido la amenaza, buscan su cola perdida y se la comen, para al menos recuperar la energía que tenían acumulada en forma de grasa. Además, regenerar una nueva cola es un proceso costoso energéticamente.

DSCN9467Foto de una lagartija parda (Podarcis liolepis) que ha perdido la cola. Foto de David López Bosch.

La regeneración de la cola en los reptiles difiere de la de anfibios y peces en que no se forma el blastema, y en que en vez de regenerarse realmente las vértebras caudales, se forma un tubo de cartílago. La nueva cola no es tan móvil y suele ser más corta que la original, y suele regenerarse completamente al cabo de unas semanas. La mayoría de lagartos pueden regenerar la cola varias veces, pero algunos cómo el lución (Anguis fragilis) sólo pueden hacerlo una vez. En ocasiones, la cola original no se rompe del todo pero se activan los mecanismos de regeneración, cosa que puede dar a que nos podamos encontrar a lagartijas y salamanquesas con más de una cola.

056 (2)Detalle de la cola de una salamanquesa común (Tarentola mauritanica) que ha regenerado la cola sin acabar de perder la cola original. Foto de Rafael Rodríguez.

Urodelos, los reyes de la regeneración

De todos los tetrápodos, los anfibios son los que presentan las mayores capacidades regenerativas. Durante la fase larvaria de la mayoría de especies, tanto la cola como las extremidades (si las presentan) pueden ser regeneradas tras su pérdida. La comunidad científica cree que esto se debe a que en los anfibios el desarrollo de las extremidades y otros órganos se retrasan hasta el momento de la metamorfosis. Aun así, ranas y sapos (anuros) sólo conservan sus poderes regenerativos durante su fase de renacuajo, perdiéndolos al llegar a la edad adulta.

Wood_frog_tadpoleRenacuajo de rana de bosque (Rana sylvatica) que, cómo en todos los anfibios, pospone el desarrollo de las extremidades hasta el momento de la metamorfosis. Foto de Brian Gratwicke.

En cambio, muchas salamandras y tritones (urodelos) conservan sus poderes regenerativos durante toda su vida. Aunque muchas especies presentan autotomía caudal, a diferencia de las lagartijas, los urodelos regeneran completamente, no sólo la cola, sino prácticamente cualquier tejido corporal perdido. De todas las especies conocidas, el ajolote (Ambystoma mexicanum), un anfibio neoténico que llega a la edad adulta sin sufrir metamorfosis, ha servido como organismo modelo para el estudio de la formación del blastema que precede a la regeneración.

 Vídeo en el que se habla del ajolote, este curiosos anfibio que se encuentra en grave peligro de extinción. Vídeo de Zoomin.TV Animals.

La regeneración que se da en las salamandras tiene fases genéticamente similares a las que sufren el resto de vertebrados al desarrollar los distintos tejidos y órganos durante el desarrollo embrionario. En el ajolote (y en el resto de urodelos) la regeneración después de la amputación de una extremidad pasa por tres fases distintas:

  • Curación de la herida: Durante la primera hora tras la amputación, células epidérmicas migran a la zona de la herida. El cierre de la herida se produce más o menos a las dos horas e intervienen los mismos mecanismos que en el resto de vertebrados. Aun así, la regeneración completa de la piel se retrasa hasta el final de la regeneración.
  • Desdiferenciación: Esta segunda fase comienza a las 24 horas de la amputación y es cuando se forma el blastema. Éste está compuesto por células de los tejidos especializados de la zona de amputación que pierden sus características (obtienen la capacidad de proliferar y diferenciarse de nuevo), y de células derivadas del tejido conectivo que migran a la zona de amputación. Cuando estas células de diferente origen se acumulan y forman el blastema, se inicia la proliferación celular.
  • Remodelación: Para el inicio de la tercera fase, es imprescindible la formación de un blastema con células de diversos orígenes. Una vez formado el blastema de células desdiferenciadas, la formación de la nueva extremidad sigue el mismo patrón que el de las extremidades de cualquier vertebrado durante el desarrollo embrionario (incluso intervienen los mismos genes).
A_Stages_of_zebrafish_caudal_fin_regeneration_as_longitudinal_sections.Esquema de la formación del blastema en el pez zebra (Danio rerio) otro organismo modelo. Imagen de Kyle A. Gurley i Alejandro Sánchez Alvarado.

Recientemente se han encontrado fósiles de diversos grupos de tetrápodos primitivos que presentan rastros de regeneración. Se han encontrado pruebas de regeneración de extremidades en fósiles de temnospóndilos (Apateon, Micromelerpeton y Sclerocephalus) y de lepospóndilos (Microbrachis y Hyloplesion). Esta amplia gama de géneros de tetrápodos basales que presentan regeneración y el hecho de que muchos peces también la presenten, ha llevado a muchos científicos a plantearse si los diferentes grupos de tetrápodos primitivos presentaban capacidad de regeneración y ésta se perdió en los antepasados de los amniotas (reptiles, aves y mamíferos).

Axolotl_ganz
Foto de un ajolote, por LoKiLeCh.

Aun así, se cree que la información genética de formación del blastema podría encontrarse en el ADN de los amniotas aunque estaría en estado latente. De las tres fases del proceso de regeneración, la única que es exclusiva de los urodelos es la fase de desdiferenciación, ya que la fase de curación es igual a la cicatrización en el resto de vertebrados y la de remodelación es igual a la formación de extremidades durante la embriogénesis. Actualmente se están llevando a cabo multitud de estudios sobre cómo reactivar los genes latentes que promueven la formación del blastema en otros vertebrados, como por ejemplo los seres humanos.

Algunos órganos humanos como el riñón y el hígado ya tienen cierta capacidad de regeneración, pero gracias a la investigación con células madre en animales como las salamandras y las lagartijas, actualmente es posible regenerar dedos, genitales y partes de la vejiga, el corazón y los pulmones. Como hemos visto, los diferentes animales capaces de regenerar miembros seccionados encierran el secreto que podría salvar a miles de personas. Recordemos esto la próxima vez que oigamos que cientos de especies de anfibios y reptiles se encuentran en peligro por culpa de la mano del hombre.

Difusió-castellà

Referencias

Para la elaboración de esta entrada se han utilizado las siguientes fuentes: