Comprova l’evolució en el teu propi cos

El 42% de la població nord-americana i l’11,5 de l’espanyola no creu que l’evolució sigui certa. Tot i això, hi ha diferents proves de que el genial Darwin tenia raó, algunes d’elles en el teu propi cos. T’han operat de l’apèndix o tret els queixals del seny? Descobreix en aquest article quins òrgans vestigials vas heretar dels teus avantpassats.

¿QUÈ SÓN LES ESTRUCTURES VESTIGIALS?

Les estructures vestigials (sovint anomenades òrgans, encara que no ho siguin pròpiament dit) són parts del cos que han vist reduïda o perduda la seva funció original durant l’evolució d’una espècie. Es troben en molts animals, inclosos per descomptat els humans.

Esquelet  d’orca en el que s’observen vestigis de les extremitats posteriors, prova del seu origen terrestre. Foto: Patrick Gries

Les estructures vestigials eren plenament funcionals en els avantpassats d’aquestes espècies (i ho són en les estructures homòlogues d’altres espècies actuals), però actualment la seva funció és pràcticament nul·la o ha canviat. Per exemple, en alguns insectes com les mosques el segon parell d’ales ha perdut la seva funció voladora i ha quedat reduït a òrgans de l’equilibri (halteris). Si vols saber més sobre l’evolució del vol en els insectes entra aquí.

A més d’estructures físiques, les característiques vestigials també poden manifestar-se en comportaments o processos bioquímics.

¿PER QUÈ SÓN PROVES DE L’EVOLUCIÓ?

La selecció natural actua sobre les espècies afavorint característiques que augmentin la seva supervivència i eliminant les que no, per exemple quan apareixen canvis en l’hàbitat. Els individus amb característiques poc favorables moriran o es reproduiran menys i aquesta característica es veurà eliminada a la llarga, mentre que les favorables es mantindran ja que els seus portadors la podran passar a la següent generació.

De vegades hi ha característiques que no són ni favorables ni desfavorables, pel que seguiran passant a les següents generacions. Però tota estructura té un cost (energètic, perill a que s’infecti, desenvolupi tumors…), de manera que la pressió selectiva segueix actuant per eliminar una cosa que no afavoreix l’èxit de l’espècie. És el cas de les estructures vestigials, que “trigarien més” a desaparèixer al llarg de l’evolució. El fet que n’hi hagi revelen que en el passat aquestes estructures sí tenien una funció important en els nostres avantpassats.

TROBA ELS TEUS ÒRGANS VESTIGIALS

LA MEMBRANA NICTITANT

Ja vam parlar d’ella a Com veuen el món els animals. Es tracta d’una membrana transparent o translúcida que serveix per protegir l’ull i humitejar-lo sense perdre visibilitat. És comú en amfibis, rèptils i aus. Entre els primats, només la posseeixen completa lèmurs i loris.

Membrana nictitant o tercera parpella d’un fredeluga militar (Vanellus miles). Foto: Toby Hudson

En humans la plica semilunaris és un vestigi de la membrana nictitant. Òbviament no la podem moure però encara té certa funció de drenatge del lacrimal i ajuda al moviment de l’ull (Dartt, 2006).

Plica semilunaris (plec semilunar). Foto: desconegut

EL TUBERCLE DE DARWIN I ELS MÚSCULS DE L’ORELLA

El 10% de la població té un engrossiment a l’orella, vestigi de l’orella punxeguda comú en els primats. Aquesta estructura es diu tubercle de Darwin i no té cap funció.

Variabilitat del Tubercle de Darwin a la punta de l’orella (0 = absent).  Font.

Comparació entre l’orella d’un babuí groc (Papio cynocephalus) i la nostra. Font

Els primats (i altres mamífers) tenen orelles mòbils per dirigir els pavellons auditius cap a la font de so: segurament ho hauràs observat en el teu gos o gat. Els humans (i ximpanzés) ja no tenim aquesta gran mobilitat, encara que algunes persones poden moure lleugerament els pavellons auditius a voluntat. S’ha comprovat mitjançant elèctrodes que aquests músculs s’exciten quan percebem un so que ve d’una direcció concreta (2002).

Músculs auriculars responsables del moviment del pavelló auditiu. Font

El múscul occipitofrontal també ha perdut la seva funció d’evitar que caigui el cap, encara que participa en l’expressió facial.

MÚSCUL PALMAR LLARG

El 16% de les persones caucàsiques no posseeix aquest múscul al canell, tampoc un 31% de les nigerianes ni un 4,6% de les xineses. Fins i tot pot aparèixer en un braç i no en l’altre o ser doble segons les persones.

Es creu que aquest múscul participaria activament en la locomoció arborícola dels nostres avantpassats, però actualment no té cap funció necessària, ja que no proporciona més força d’agafada. Aquest múscul és més llarg en primats completament arborícoles (lèmurs) i més curt en els més terrestres, com els goril·les (referència).

I tu, el tens o no? Fes la prova: junta els dits polze i dit petit i aixeca lleugerament la mà.

Jo tinc dos al braç esquerre i un al dret. Foto: Mireia Querol Rovira

QUEIXALS DEL SENY

El 35% de les persones no posseeixen queixals del seny o tercer molar. A la resta, la seva aparició sol ser dolorosa i és necessària l’extirpació.

Jo no tinc el tercer molar. Foto: Mireia Querol Rovira

Els nostres ancestres hominins sí en tenien, força més grans que els nostres. Un recent estudi explica que quan una dent es desenvolupa, emet senyals que determinen la mida de les dents veïnes. La reducció de la mandíbula i la resta de dentadura al llarg de l’evolució ha provocat la reducció dels molars (i fins i tot la desaparició del tercer).

Comparativa entre la dentició d’un ximpanzé, Australopithecus afarensis i Homo sapiens. Observa la reducció dels tres últims molars entre afarensis i sapiens, Font

EL CÒCCIX

Si et toques la columna vertebral fins al final, arribaràs al còccix. Es tracta de 3 a 5 vèrtebres fusionades vestigi de la cua dels nostres avantpassats primats. De fet, quan estàvem a l’úter matern, en els primers estadis de desenvolupament de l’embrió s’observa una cua amb 10-12 vèrtebres en formació.

Diferents estadis en el desenvolupament embrionari humà (1 a 8) i comparació amb altres espècies. Crèdits a la imatge

Posteriorment es reabsorbeix, però no en tots els casos: hi ha reportats 40 naixements de nadons amb cua.

Nounat nascut amb cua. Una mutació ha evitat la inhibició del creixement de la cua durant la gestació. Font

Encara que no tinguem cua, actualment aquests ossos serveixen d’ancoratge d’alguns músculs pèlvics.

Situació del coxis. Foto: Mireia Querol Rovira

MUGRONS SUPERNUMERARIS (POLITÈLIA)

S’estima que fins a un 5% de la població mundial presenta més de dos mugrons. Aquests mugrons “extra”, poden presentar-se en diferents formes (complets o no) pel que de vegades es confonen amb pigues. Se situen en la línia mamilar (de l’engonal a l’aixella), exactament en la mateixa posició que la resta de mamífers amb més de dues mames (observa el teu gos, per exemple).

Línia mamilar. Foto: MedicineNet

Habitualment el número de mames correspon amb la mitjana de cries que pot tenir un mamífer, de manera que els mugrons extra serien un vestigi de quan els nostres avantpassats tenien més cries per part. L’habitual són 3 mugrons, però s’ha documentat un cas de fins a 8 mugrons en una persona.

Mugró suplementari sota del principal. Font

TROBA ELS TEUS REFLEXOS I COMPORTAMENTS VESTIGIALS

EL REFLEXE DE PRENSIÓ PALMAR I PLANTAR

Alguna vegada hauràs experimentat que a l’acostar qualsevol cosa a les mans d’un nadó, automàticament ho agafa amb una força tal que seria capaç d’aguantar el seu propi pes. Desapareix cap als 3-4 mesos i és un romanent del nostre passat arborícola i de la manera d’agafar-se al pèl de la mare, igual que succeeix amb els altres primats actuals. Observa el següent vídeo de 1934 sobre un estudi de dos bessons (minut 0:34):

En els peus també hi ha el reflex d’intentar agafar alguna cosa quan es toca la planta del peu d’un nadó. Desapareix cap als 9 mesos d’edat.

Per cert, t’has fixat en l’afició i facilitat que tenen els nens i nenes per pujar a qualsevol barana o part elevada en un parc infantil?

LA PELL DE GALLINA

El fred, l’estrès o una emoció intensa (per exemple, l’escoltar certa música) provoca que el múscul piloerector ens erici el pèl donant-li a la pell l’aspecte d’una gallina sense plomes. És un reflex involuntari en què algunes hormones, com l’adrenalina (que s’allibera en les situacions esmentades), estan implicades. Quina utilitat tenia això per als nostres ancestres i té en els mamífers actuals?

• Augmentar l’espai entre la pell i l’exterior, de manera que l’aire calent atrapat entre el pèl ajuda a mantenir la temperatura.
• Semblar més grans per espantar possibles depredadors o competidors.

  

  Ximpanzé amb els cabells estarrufats durant un display abans d’un conflicte. Foto: Chimpanzee Sanctuary Northwest

Òbviament nosaltres hem perdut el pèl en la major part del cos, de manera que encara conservem el reflex, no ens serveix ni per escalfar-nos ni per espantar depredadors. El pèl s’ha conservat més abundantment en zones on és necessària protecció o a causa de la selecció sexual (cap, celles, pestanyes, barba, pubis…), però en general, també pot ser considerat una estructura vestigial.

Hi ha més estructures vestigials tot i que en aquest article ens hem centrat en les més observables. En futurs articles parlarem d’altres internes, com el famós apèndix o l’òrgan vomeronasal.

REFERÈNCIES

• Proof of evolution that you can find on your own body
• 10 Vestigial Traits You Didn’t Know You Had
• Darwin was right
• Los reflejos de prensión palmar y plantar
• Resuelto el enigma de las muelas del juicio
• Politelia bilateral familiar
  

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.

Imatge 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.

Foto 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.

Model 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.

Foto 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.

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.

Capgròs 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).

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).

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.

Referències

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

• Foto de portada de Peter Halasz.
• Halliday & Adler (2007). La gran enciclopedia de los Anfibios y Reptiles. Editorial Libsa.
• http://www.eurostemcell.org/de/node/19896
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12455626
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3480082/
• http://ftp.eebweb.arizona.edu/courses/Ecol483_583/Bateman%20and%20Fleming%202009.pdf
• http://www.sciencemag.org/content/276/5309/81.short
• http://www.ambystoma.org/
• http://www.nature.com/nature/journal/v527/n7577/full/nature15397.html