Cuando Leonid Moroz, neurocientífico del Laboratorio Whitney de Biociencia Marina de San Agustín (Florida), empezó a estudiar las jaleas de peine, se quedó perplejo. Sabía que estas primitivas criaturas marinas tenían células nerviosas, responsables, entre otras cosas, de orquestar el movimiento de sus tentáculos y el ritmo de sus cilios iridiscentes. Pero esas neuronas parecían ser invisibles. Los tintes que los científicos suelen utilizar para teñir y estudiar esas células simplemente no funcionaban. La anatomía neuronal de las jaleas de peine no se parecía a nada de lo que había encontrado.
Después de años de estudio, cree saber por qué. Según la biología evolutiva tradicional, las neuronas evolucionaron sólo una vez, hace cientos de millones de años, probablemente después de que las esponjas marinas se ramificaran en el árbol evolutivo. Pero Moroz cree que ocurrió dos veces: una en los ancestros de las medusas de peine, que se separaron más o menos al mismo tiempo que las esponjas marinas, y otra en los animales que dieron lugar a las medusas y a todos los animales posteriores, incluidos nosotros. Cita como prueba el hecho de que las medusas peine tienen un sistema neuronal relativamente extraño, que emplea sustancias químicas y una arquitectura diferentes a las nuestras. «Cuando miramos el genoma y otra información, vemos no sólo una gramática diferente, sino un alfabeto diferente», dijo Moroz.
Cuando Moroz propuso su teoría, los biólogos evolucionistas se mostraron escépticos. Las neuronas son el tipo de célula más complejo que existe, argumentaban los críticos, capaz de captar información, realizar cálculos y ejecutar decisiones. Al ser tan complicadas, es poco probable que hayan evolucionado dos veces.
Pero un nuevo apoyo a la idea de Moroz proviene de un reciente trabajo genético que sugiere que las jaleas de peine son antiguas, el primer grupo que se ramificó en el árbol genealógico de los animales. De ser cierto, esto reforzaría la posibilidad de que hayan evolucionado las neuronas por sí mismas.
El debate ha generado un intenso interés entre los biólogos evolutivos. El trabajo de Moroz no sólo cuestiona los orígenes del cerebro y la historia evolutiva de los animales. También pone en tela de juicio la idea profundamente arraigada de que la evolución avanza de forma constante, acumulando complejidad a lo largo del tiempo.
La primera escisión
En algún momento, hace unos 540 millones de años, el océano estaba preparado para una explosión de vida animal. El ancestro común de todos los animales vagaba por los mares, listo para diversificarse en la rica panoplia de fauna que vemos hoy.
Los científicos han asumido durante mucho tiempo que las esponjas fueron las primeras en ramificarse del tronco principal del árbol genealógico de los animales. Son una de las clases de animales más simples, ya que carecen de estructuras especializadas, como nervios o un sistema digestivo. La mayoría depende del flujo ambiental del agua para recoger el alimento y eliminar los desechos.
Más tarde, como se cree generalmente, el resto del linaje animal se dividió en jaleas de peine, también conocidas como ctenóforos; cnidarios (medusas, corales y anémonas); animales pluricelulares muy sencillos llamados placozoos; y finalmente bilaterios, la rama que dio lugar a los insectos, los humanos y todo lo demás.
Pero determinar el orden exacto en que se dividieron las primeras ramas de los animales ha sido un problema notoriamente espinoso. Tenemos poca idea de cómo eran los animales hace tantos millones de años porque sus cuerpos blandos dejaron pocas pruebas tangibles en las rocas. «El registro fósil es irregular», afirma Linda Holland, bióloga evolutiva del Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California en San Diego.
Para compensar nuestra incapacidad de ver el pasado, los científicos utilizan la morfología (estructura) y la genética de los animales vivos para intentar reconstruir las relaciones de los antiguos. Pero en el caso de las jaleas de peine, el estudio de los animales vivos presenta serios desafíos.
Se sabe poco sobre la biología básica de las jaleas de peine. Los animales son increíblemente frágiles, y a menudo se caen a pedazos una vez atrapados en una red. Y es difícil criarlos en cautividad, lo que hace casi imposible realizar los experimentos rutinarios que los científicos podrían llevar a cabo con otros animales.
Durante mucho tiempo se pensó que las medusas de peine estaban estrechamente relacionadas con las medusas. Con sus planos corporales simétricos y su composición gelatinosa, las dos especies se parecen exteriormente. Sin embargo, los animales nadan y cazan de forma diferente: las medusas tienen tentáculos urticantes, mientras que las medusas peine tienen tentáculos pegajosos. Y a nivel del genoma, las medusas de peine son más parecidas a las esponjas, que no tienen ningún sistema nervioso.
En las medusas de peine o en cualquier otro animal, un análisis evolutivo que se base en la morfología podría conducir a un árbol evolutivo, mientras que uno que utilice datos genómicos, o incluso diferentes tipos de datos genómicos, podría conducir a otro. Las discrepancias suelen suscitar acalorados debates en este campo.
Uno de estos debates surgió en 2008, cuando Mark Martindale, actual director del Laboratorio Whitney, Gonzalo Giribet, biólogo evolutivo de la Universidad de Harvard, y sus colaboradores publicaron un estudio que analizaba las secuencias genéticas de 29 animales diferentes. Tras considerar los datos genéticos, los investigadores propusieron una serie de cambios en el árbol de los animales.
El más controvertido de estos cambios fue la sugerencia de que los ctenóforos deberían sustituir a las esponjas como la rama más antigua de los animales. Si la evolución aumenta la complejidad con el tiempo, como han creído tradicionalmente los biólogos, entonces un organismo aparentemente simple como la esponja debería ser anterior a un organismo aparentemente más complejo como la gelatina peine. Los datos genéticos de Martindale y Giribet sugerían lo contrario, pero los críticos se mostraron dudosos. «Toda la comunidad científica nos ridiculizó», dijo Martindale.
Martindale y sus colaboradores necesitaban reunir más pruebas para su propuesta. Convencieron a los Institutos Nacionales de Salud para que secuenciaran el genoma de una jalea de peine, la nuez de mar, que se publicó en Science en 2013. Moroz y sus colaboradores publicaron el genoma de un segundo ctenóforo, la grosella marina, en Nature en 2014. Ambos trabajos, que emplearon datos más extensos y métodos de análisis más sofisticados que el esfuerzo de 2008, apoyan el árbol del ctenóforo primero. Un tercer artículo que analizaba los datos del genoma disponibles públicamente y que se publicó en el servidor de preimpresión biorxiv.org a principios de este año también apoya la idea de que las jaleas de peine se ramificaron primero.
A la luz de las nuevas pruebas, los científicos están empezando a tomarse en serio la idea, aunque muchos en el campo dicen que no hay suficientes datos para hacer ninguna afirmación sólida. Este punto de vista se ha reflejado en una avalancha de artículos de revisión publicados en el último año, muchos de los cuales sostienen que las jaleas de peine no son realmente la rama más antigua; sólo lo parecen.
Las jaleas de peine han evolucionado más rápidamente que los otros grupos de animales antiguos, lo que significa que sus secuencias genéticas cambiaron rápidamente con el tiempo. Esto, a su vez, significa que el análisis genético de su lugar en el árbol evolutivo podría estar sujeto a un artefacto computacional llamado «atracción de rama larga», una especie de fallo que puede arrastrar a los organismos de rápida evolución a la base del árbol. «Los grupos de animales con ramas largas suelen ser difíciles de ubicar», explica Detlev Arendt, biólogo evolutivo del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (Alemania). «Hasta ahora, los datos filogenéticos no son realmente concluyentes en cuanto a su pertenencia».
Los científicos esperan que más datos -incluidos los genomas de otras especies de ctenóforos- ayuden a resolver las ramas más profundas del árbol animal. Y eso, a su vez, podría tener profundas implicaciones para nuestra comprensión de las neuronas y de dónde proceden. «El orden de las ramas tiene una gran influencia en cómo interpretamos la evolución del sistema nervioso», dijo Gáspár Jékely, biólogo del Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo, en Alemania.
De hecho, incluso los que están de acuerdo en que los ctenóforos fueron los primeros en surgir no están de acuerdo en la cuestión de cómo surgieron las neuronas.
La chispa del pensamiento
La creación de las neuronas fue un acontecimiento notable en la evolución animal. Estas células pueden comunicarse, recibiendo, transmitiendo y procesando información mediante un preciso lenguaje químico y eléctrico. Su poder deriva de la compleja red que crean. «Una sola neurona es como el sonido de una mano aplaudiendo», dijo Martindale. «La idea es que si pones un grupo de ellas juntas, pueden hacer cosas que unas pocas células solas no pueden hacer».
Este nivel de complejidad requiere una confluencia improbable de acontecimientos evolutivos. Deben surgir mecanismos que no sólo conecten físicamente las células, sino que les permitan transmitir e interpretar señales. «La razón por la que la mayoría de la gente no cree que hayan podido evolucionar varias veces es la idea de que las neuronas hablan, concretamente con otras neuronas», dijo Martindale.
Eso es lo que hace que la propuesta de Moroz -que las neuronas evolucionaron dos veces, una en las jaleas de peine y otra en otros animales- sea tan controvertida.
Según la versión de Moroz del árbol evolutivo, los animales empezaron con un ancestro común que no tenía neuronas. Las jaleas de peine se separaron y desarrollaron su extraño tipo de neuronas. Después, los ancestros de las esponjas y los placozoos se ramificaron. Al igual que sus antepasados, carecían de neuronas. Las neuronas rudimentarias, o protoneuronas, evolucionaron entonces por segunda vez en los ancestros de las medusas y los bilateros, formando la base del sistema nervioso que se encuentra en todos los descendientes posteriores, incluidos los humanos. «En mi opinión, es más sencillo y realista que el ancestro común no tuviera sistema nervioso», dijo Moroz. (Piensa que incluso si los ctenóforos se separaron después de las esponjas, evolucionaron las neuronas de forma independiente).
Pero algunos científicos que creen que los ctenóforos se ramificaron primero pintan un cuadro diferente. Sugieren que el ancestro común a todos los animales tenía un sistema nervioso simple, que las esponjas perdieron posteriormente. Las jaleas de peine y la rama restante, que incluye a nuestros antepasados, los bilaterios, se basaron en esas protoneuronas de diferentes maneras, desarrollando sistemas nerviosos cada vez más sofisticados.
«La idea de los ctenóforos primero, si es correcta, sugiere que está ocurriendo algo realmente interesante», dijo Christopher Lowe, biólogo de la Estación Marina Hopkins de la Universidad de Stanford. «Ambas interpretaciones son profundas». Por un lado, dos orígenes independientes de las neuronas serían sorprendentes porque parece poco probable que la secuencia precisa de accidentes genéticos que crearon las neuronas pudiera ocurrir más de una vez. Pero también parece improbable que las esponjas pierdan algo tan valioso como una neurona. «El único ejemplo que conocemos de bilaterios en los que el sistema nervioso se perdió por completo es en los parásitos», dijo Lowe.
Las dos posibilidades reflejan un enigma clásico para los biólogos evolutivos. «¿Este animal perdió algo o no lo tenía para empezar?» dijo Holland. En este caso concreto, «me parece difícil adoptar una postura», dijo.
La evolución está plagada de ejemplos tanto de pérdida como de evolución paralela. Algunos gusanos y otros animales se han desprendido de moléculas reguladoras o genes del desarrollo empleados por el resto del reino animal. «No es inédito que se pierdan complementos importantes de genes en los principales linajes animales», dijo Lowe. La evolución convergente, en la que la selección natural produce dos estructuras similares de forma independiente, es bastante común en la naturaleza. La retina, por ejemplo, evolucionó varias veces de forma independiente. «Diferentes animales utilizan a veces conjuntos de herramientas extremadamente diferentes para crear neuronas, circuitos y cerebros morfológicamente similares», dijo Moroz. «Todo el mundo acepta el caso del ojo, pero cree que el cerebro o la neurona sólo se produjeron una vez».
La principal prueba de Moroz de un origen independiente de las neuronas en los ctenóforos proviene de sus inusuales sistemas nerviosos. «El sistema nervioso del ctenóforo es dramáticamente diferente de cualquier otro sistema nervioso», dijo Andrea Kohn, una bióloga molecular que trabaja con Moroz. Los ctenóforos parecen carecer de los mensajeros químicos habituales que tienen otros animales, como la serotonina, la dopamina y la acetilcolina. (Sí utilizan el glutamato, una molécula sencilla que desempeña un papel importante en la señalización neuronal en los animales). En cambio, tienen genes que se prevé que produzcan una serie de péptidos neuronales, pequeñas proteínas que también pueden actuar como mensajeros químicos. «Ningún otro animal, excepto en este filo, tiene nada parecido», dijo Kohn.
Pero los críticos también cuestionan esta afirmación. Tal vez las jaleas de peine realmente tienen los genes para la serotonina y otras moléculas de señalización neural, pero esos genes han evolucionado más allá del reconocimiento, dijo Arendt. «Podría significar simplemente que están altamente especializados», dijo.
Los científicos de todos los lados del debate dicen que sólo se puede responder con más datos y, lo que es más importante, con una mejor comprensión de la biología de las jaleas peine. Aunque comparten algunos genes con organismos modelo, como los ratones y las moscas de la fruta, no está claro qué hacen esos genes en las jaleas. Los científicos tampoco comprenden su biología celular básica, como la forma en que se comunican las neuronas de los ctenóforos.
Pero el debate en curso ha despertado el interés por los ctenóforos, y más investigadores están estudiando sus sistemas nerviosos, su desarrollo y sus genes. «Moroz y sus colaboradores han hecho brillar la luz en esta parte del árbol, lo cual es algo bueno», dijo Holland. «No deberíamos ignorar a esos tipos de ahí abajo»
Corrección del 26 de marzo de 2015: Un pie de foto original que describía dos jaleas de peine invertía sus posiciones. La uchuva de mar está a la izquierda, la jalea de peine lobulado a la derecha.
Este artículo fue reproducido en BusinessInsider.com.