Arxiu d'etiquetes: tarentola mauritanica

AMFIBIS, Amfibis: Antomia i fisiologia, CATALÀ, CONTINGUTS, General, RÈPTILS, Rèptils: Anatomia i fisiologia, ZOOLOGIA

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

1 comentari

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:

AMPHIBIANS, Amphibians: Anatomy and physiology, CONTENTS, ENGLISH, General, REPTILE, Reptiles: Anatomy and physiology, ZOOLOGY

Limb regeneration, from the axolotl to human beings

1 comentari

The regeneration of lost or damaged body parts in animals is known from many centuries ago. In 1740 the naturalist Abraham Trembley observed a small cnidarian that could regenerate its head if it was cut off, so he called it Hydra, in reference to the monster from Greek mythology that could grow back its multiple heads if they were cut off. Afterwards, it was discovered that there were many other species of animals with regenerative abilities. In this entry we’ll talk about these animals.

Regeneration in the animal kingdom

Regeneration of body parts is more widespread between the different groups of invertebrates than it is between the vertebrates. This process can be bidirectional, in which both parts of the animal regenerate their missing parts to form two animals (just like the hydra, planarians, earthworms and starfishes) or unidirectional, in which the animal loses an extremity but it just regenerates, without forming two animals (arthropods, molluscs and vertebrates). In vertebrates, fishes and amphibians are the ones that present the greatest regenerative capacities, although many lizards and some mammals are able to regrow their tails.

ch14f01Image by Matthew McClements about bidirectional regeneration in planarians, hydras and seastars. Extracted from Wolbert's Principles of Development.

Regeneration can be done by two different ways:

  • Regeneration without active cellular proliferation or “morphallaxis”. In this type, the absent body part is regrown through remodelling of pre-existing cells. This is what happens in the Hydra, in which lost body parts are regenerated without the creation of new material. So, if a hydra is cut in half, we’ll obtain two smaller versions of the original hydra.
Video about an experiment in which an Hydra has been cut in different pieces. Video by Apnea.
  • Regeneration with cellular proliferation or “epimorphosis”. In this type, the lost part is regenerated via cellular proliferation, it is “newly created”. In most cases, it happens through the formation of a specialized structure called blastema, a mass of undifferentiated cells which appears during phenomena of cellular regeneration.

Almost all groups of animals with regenerative capacities present regeneration with blastema formation. Yet the origin of the blastemal stem cells varies between groups. While planarians present pluripotent (that can differentiate to any kind of cell type) stem cells all along their bodies, vertebrates have specific cells in each type of tissue (cartilage, muscle, skin…) that only regenerate cells of the tissue they come from.

In land vertebrates, lizards and urodeles are the ones that present the most powerful regenerative abilities. Down below we’ll see how they regenerate and the applications it has in modern human medicine.

Expendable tails

When you are a small animal that is being chased by a cat or any other predator, it probably is better for you to lose your precious tail than to lose your life. Some terrestrial vertebrates have evolved following this philosophy, and they are able to shed off their tails voluntarily through a process called caudal autotomy. This allows them to escape from their predators, which are entertained with the still moving lost tail.

 Video in which we can see how some lizards like this red-tailed vanzosaur (Vanzosaura rubricauda) have brightly coloured tails to attract the attention of predators. Video by Jonnytropics.

Autotomy or self-amputation, is defined as a behaviour in which the animal can shed off one or more body parts. Caudal autotomy is found in many species of reptiles and in two species of spiny mouse of the genus Acomys. In reptiles we can find caudal autotomy in lacertids, geckos, skinks and tuataras.

Acomys.cahirinus.cahirinus.6872Foto of a Cairo spiny mouse (Acomys cahirinus), a mammal which is able to shed and regrow its tail. Photo by Olaf Leillinger.

In reptiles, the fracture of the tail happens in specific areas of the caudal vertebras which are naturally weakened. The autotomy may happen in two different ways: intravertebral autotomy, in which the vertebra at the centre of the tail have transversal fracture planes prepared to break if they are pressed hard enough, and intervertebral autotomy, where the tail breaks between vertebras by muscular constriction.

0001-3765-aabc-201520130298-gf03Tridimensional model of the fracture planes on the tail of a lizard and the regeneration post-autotomy of a cartilaginous tube. Image extracted from Joana D. C. G. de Amorim et al.

Caudal autotomy allows the animal to escape, but it isn’t without cost. Many reptiles use their tails as a reserve of fat and losing this energy store is usually detrimental for the animal. That’s why many lizards, once the threat has disappeared, look for their lost tail and eat it, to at least regain the energy it had as fat. In addition, regenerating a new tail requires a great expenditure of energy.

DSCN9467Photo of a Catalonian wall lizard (Podarcis liolepis) that has shed its tail. Photo by David López Bosch.

The regeneration of the tail in reptiles differs from that of amphibians and fishes in that it happens without the formation of a blastema and instead of an actual regeneration of the caudal vertebras, it forms a cartilaginous tube along it. The new tail is stiffer and shorter than the original one, and it usually regenerates whole some weeks after the amputation. Most lizards can regenerate their tails multiple times, but some species like the slow worm (Anguis fragilis) can only do it once. Sometimes, the original tail isn’t completely broken but the regeneration mechanisms are activated, which can lead to lizards and geckos with more than one tail.

056 (2)Detail of the tail of a common wall gecko (Tarentola mauritanica) which has regenerated the tail without losing its original tail. Photo by Rafael Rodríguez.

Urodeles, the kings of regeneration

Of all tetrapods, amphibians are the ones that present the more astonishing regenerative capacities. During the larval stage of most species, both the tail and the limbs (if they have them) can be regenerated after its loss. The scientific community thinks that this is due to the fact that in amphibians the development of limbs and other organs is delayed until the moment of metamorphosis. Yet, frogs and toads (anurans) only maintain their regenerative powers during their tadpole stage, losing them when reaching adulthood.

Wood_frog_tadpoleWood frog tadpole (Rana sylvatica) which, like all amphibians, delays the development of its legs up to the moment of metamorphosis. Photo by Brian Gratwicke.

Instead, many salamanders and newts (urodeles) conserve their regenerative powers their whole life. Even if many species present caudal autotomy, unlike lizards urodeles are able to completely regenerate, not only their tails, but practically any kind of lost body tissue. Of all known species, the axolotl (Ambystoma mexicanum), a neotenic amphibian which reaches adulthood without undergoing metamorphosis, has served as a model organism for the study of the formation of the blastema that precedes regeneration.

 Video about the axolotl, this curious amphibian which is greatly endangered. Video by Zoomin.TV Animals.

Regeneration as it happens in salamanders has stages genetically similar to the ones that occur during the development of the different body tissues and organs during the embryonic development of the rest of vertebrates. In the axolotl (and in the rest of urodeles) regeneration of a limb after amputation goes through three different stages:

  • Wound healing: During the first hour after the amputation, epidermal cells migrate to the wound. The closing of the wound usually completes two hours later with the same mechanisms as in the rest of vertebrates. Yet, the complete regeneration of the skin is delayed up until the end of the regeneration.
  • Dedifferentiation: This second phase, in which the blastema is formed, starts 24 hours after amputation. This is composed both of cells from the specialized tissues of the amputated zone which lose their characteristics (they obtain the capacity to proliferate and differentiate again) and cells derived from the connective tissue that migrate to the amputation zone. When these cells of different origins accumulate and form the blastema, the cellular proliferation starts.
  • Remodelling: For the third stage to start, the formation of the blastema is required. Once the blastema is formed by different dedifferentiated cells, the formation of the new limb follows the same pattern as any kind of vertebrate follows during embryonic development (it even has de same genes intervening).
A_Stages_of_zebrafish_caudal_fin_regeneration_as_longitudinal_sections.Diagram about the formation of the blastema in a zebrafish (Danio rerio) another model organism. Image from Kyle A. Gurley i Alejandro Sánchez Alvarado.

Recently fossils have been found from many different groups of primitive tetrapods which present signs of regeneration. Proof has also been found of limb regeneration in temnospondyl (Apateon, Micromelerpeton and Sclerocephalus) and lepospondyl (Microbrachis and Hyloplesion) fossils. This wide variety of basal tetrapod genera presenting regeneration and the fact that many fish also present it, has led many scientists to consider if the different groups of primitive tetrapods had the ability to regenerate, and if it was lost in the ancestors of amniotes (reptiles, birds and mammals).

Axolotl_ganz
Photo of an axolotl, by LoKiLeCh.

However, it is believed that the genetic information that forms the blastema could still be found in the DNA of amniotes but in a latent state. Of the three stages of the regeneration process, the only one exclusive to urodeles is the dedifferentiation stage, as the healing stage is the same as in the rest of vertebrates and the remodelling stage is like the one during embryogenesis. Currently many studies are being carried out on the way to reactivate the latent genes that promote the formation of the blastema in other vertebrates, such as humans.

Some human organs like the kidneys and the liver already have some degree of regenerative capacities, but thanks to investigation with stem cells in animals like salamanders and lizards currently it is able to regenerate fingers, toes, genitals and parts of the bladder, the heart and the lungs. As we have seen, the different animals able to regenerate amputated limbs hold the secret that could save thousands of people. Remember this the next time you hear that hundreds of species of amphibians and reptiles are endangered because of human beings.

Difusió-anglès

References

During the writing of this entry the following sources have been consulted:

ANFIBIOS, Anfibios: Antomía i fisiología, CASTELLANO, CONTENIDOS, General, REPTILES, Reptiles: Anatomía y fisiología, ZOOLOGÍA

Regeneración de extremidades, del ajolote al ser humano

4 comentaris

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: