Hace unos 350 millones de años, sus ancestros evolutivos, y los ancestros de todos los vertebrados modernos, eran solo animales de cuerpo blando que vivían en los océanos. Para sobrevivir y evolucionar hasta convertirse en lo que somos hoy, estos animales necesitaban obtener cierta protección y ventaja sobre los depredadores del océano, entonces dominados por los crustáceos.

La evolución de la armadura dérmica, como las espinas afiladas que se encuentran en un bagre acorazado o las escamas óseas en forma de diamante llamadas escudos que cubren a un esturión, fue una estrategia exitosa. Miles de especies de peces utilizaron varios patrones de armadura dérmica, compuesta de hueso y/o una sustancia llamada dentina, un componente importante de los dientes humanos modernos. Recubrimientos protectores como estos ayudaron a los vertebrados a sobrevivir y evolucionar hasta convertirse en nuevos animales y, en última instancia, en humanos.

Pero, ¿de dónde vino esta armadura? ¿Cómo evolucionaron nuestros antepasados ​​submarinos para desarrollar esta capa protectora?

Ahora, utilizando peces esturión, un nuevo estudio ha encontrado que una población específica de células madre, llamadas células madre de la cresta neural, son responsables del desarrollo de escamas óseas en los peces. El trabajo fue dirigido por Jan Stundl, ahora becaria postdoctoral Marie Sklodowska-Curie en el laboratorio de Marianne Bronner, profesora de biología Edward B. Lewis y directora del Instituto Beckman en Caltech. Un artículo que describe la investigación aparece en la revista. Anales de la Academia Nacional de Ciencias el 17 de julio.

El laboratorio Bronner ha estado interesado durante mucho tiempo en el estudio de las células de la cresta neural. Estas células, que se encuentran en todos los vertebrados, incluidos los peces, los pollos y nosotros mismos, se especializan en función de si surgen en las regiones de la cabeza (craneal) o de la médula espinal (tronco). Las células madre y de la cresta neural craneal migran desde sus puntos de partida por todo el cuerpo en desarrollo del animal, dando lugar a las células que forman las mandíbulas, el corazón y otras estructuras importantes.

Después de que un estudio de la Universidad de Cambridge de 2017 mostrara que las células madre de la cresta neural dan lugar a una armadura dérmica basada en la dentina en un tipo de pez llamado raya pequeña, Stundl y sus colegas plantearon la hipótesis de que la misma población de células también puede dar lugar a una armadura basada en los huesos. Armadura en vertebrados ampliamente.

Para estudiar esto, Stundl y su equipo recurrieron al esturión, específicamente al esturión esterlina (Acipenser ruthenus). Los esturiones modernos, más conocidos por producir el caviar más caro del mundo, todavía tienen muchas de las mismas características que sus antepasados ​​hace millones de años. Esto los convierte en los principales candidatos para los estudios evolutivos.

Usando embriones de esturión cultivados en el Instituto de Investigación de Cultivo de Peces e Hidrobiología en la República Checa, Stundl y su equipo usaron un tinte fluorescente para rastrear cómo las células de la cresta neural del tronco del pez migraban por todo el cuerpo en desarrollo. Los esturiones comienzan a desarrollar sus escudos óseos después de algunas semanas, por lo que los investigadores mantuvieron a los peces en crecimiento en un laboratorio oscuro para no perturbar el tinte fluorescente con la luz.

El equipo encontró células de la cresta neural marcadas con fluorescencia en los lugares exactos donde se formaban las placas óseas del esturión. Luego usaron una técnica diferente para identificar los osteoblastos del pez, un tipo de célula que forma los huesos. Se encontraron firmas genéticas asociadas con la diferenciación osteoblástica en las células fluorescentes en los escudos en desarrollo de los peces, lo que proporciona una fuerte evidencia de que las células madre de la cresta neural de hecho dan lugar a células formadoras de huesos.

Combinado con los hallazgos de 2017 sobre el papel de las células de la cresta neural en la formación de una armadura a base de dentina, el trabajo muestra que las células de la cresta neural del tallo son de hecho responsables de dar lugar a la armadura dérmica ósea que permitió el éxito de la evolución de los vertebrados. pez.

“Trabajar con organismos que no son modelo es complicado; las herramientas que existen en los organismos de laboratorio estándar, como ratones o peces cebra, no funcionan o deben adaptarse significativamente”, dice Stundl. «A pesar de estos desafíos, la información de organismos no modelo como el esturión nos permite responder con rigor preguntas fundamentales de la biología del desarrollo evolutivo».

«Al estudiar muchos animales en el árbol de la vida, podemos inferir qué eventos evolutivos tuvieron lugar», dice Bronner. «Esto es particularmente poderoso si podemos abordar las cuestiones evolutivas desde una perspectiva de biología del desarrollo, ya que muchos cambios que llevaron a diversos tipos de células ocurrieron a través de pequeños cambios en el desarrollo embrionario».

El artículo se titula «Armadura dérmica de vertebrados antiguos evolucionada a partir de la cresta neural del torso».