Sorprendentes animales marinos desvelan claves sobre la evolución del sistema nervioso

Ramón Muñoz-Chápuli Oriol, Universidad de Málaga

El origen del sistema nervioso, ese conjunto de células que nos permiten relacionarnos con el medio, sigue siendo un misterio. Así de claro.

Las esponjas, los animales más simples, no tienen nada parecido. Sin embargo, animales muy primitivos como medusas y pólipos ya tienen un sistema nervioso completo, con órganos sensoriales, neuronas, sinapsis y neurotransmisores.

A día de hoy seguimos sin conocer qué hizo posible el desarrollo de nuestro sistema nervioso, algo que marca una diferencia esencial entre animales y otros organismos complejos, como plantas y hongos. El sistema nervioso es lo que nos permite ser activos en las tareas de detectar el alimento, capturarlo y evitar convertirnos en alimento de otros animales.

Lo que sí parecía estar claro es que surgió en el ancestral de todos los animales Eumetazoos, caracterizados precisamente por poseer sistema nervioso además de músculos y una cavidad digestiva. Se daba por hecho que había aparecido una única vez en la evolución.

Pero esta idea se ha puesto en cuestión recientemente. Un grupo de animales, los ctenóforos, poseen un sistema nervioso tan peculiar que incluso podrían, al menos en parte, no ajustarse al modelo clásico establecido por Santiago Ramón y Cajal y universalmente aceptado. Se trata de un hallazgo insólito.

Los sorprendentes ctenóforos y su extraño sistema nervioso

En varios trabajos científicos recientes, el último aparecido hace pocos días, se muestra que los ctenóforos, animales muy abundantes en los mares de todo el mundo, tienen un sistema nervioso muy diferente al del resto de los animales. Y esto ha llevado a proponer que su origen se produjo de forma independiente y paralela al del resto de los Eumetazoos.

Los ctenóforos son animales fascinantes. Su nombre (cteno= peine, phoros=llevar) se debe a las bandas de células ciliadas que recorren el cuerpo. Estas bandas, por un fenómeno de refracción, producen irisaciones que recorren el cuerpo. Los ctenóforos se consideraban evolutivamente próximos a los cnidarios (medusas y pólipos). Sin embargo, cuando en 2014 se publicó por primera vez el genoma de un ctenóforo, las sorpresas fueron sensacionales.

El genoma de los ctenóforos mostraba muchas peculiaridades. En particular, los genes relacionados con el desarrollo y funcionamiento del sistema nervioso no aparecían o no se expresaban en las neuronas, y tampoco se encontraron los neurotransmisores habituales. Los autores de este artículo ya adelantaron la idea de que el sistema nervioso de los ctenóforos habría tenido un origen independiente al de los demás animales.

Ese artículo generó una gran polémica, ya que parecía difícil entender que algo tan complejo como el sistema nervioso hubiera aparecido en dos linajes animales independientes. Muchos rechazaron esta posibilidad, pero recientemente se han publicado más trabajos que parecen señalar en la misma dirección o, al menos, insisten en las diferencias fundamentales entre los sistemas nerviosos de los ctenóforos y el resto de animales.

Un grupo de biólogos de las universidades de Oxford, Bergen y Jena] publicó en 2021 un estudio más detallado del sistema nervioso de un ctenóforo, confirmando que sus neuronas utilizan péptidos como neurotransmisores y mostrando que las neuritas, proyecciones neuronales, forman anastomosis entre sí, constituyendo una compleja red. Lo que no se sabía era la forma en que las neuronas conectaban unas con otras, o con células sensoriales.

Neuronas que forman una red continua

Esta cuestión acaba de ser revelada por otra investigación dirigida por Maike Kittelmann, de la Universidad de Oxford.

El estudio de la larva del ctenóforo Mnemiopsis leidyi, mediante reconstrucción 3D de un número ingente de imágenes de microscopía electrónica, ha demostrado que las neuronas del sistema nervioso subepitelial (SNS) que recorre la superficie del cuerpo forman un sincitio, una red continua, y carecen de sinapsis.

Recordemos que las sinapsis son las estructuras fundamentales que utilizan las neuronas para transmitir el impulso nervioso. El equipo no sólo mostró evidencias estructurales de la continuidad neuronal. Cuando inyectaron un trazador fluorescente en una de las dos primeras células del embrión, solo la mitad del cuerpo se volvió fluorescente, pero la red nerviosa subepitelial del otro lado del cuerpo también mostró fluorescencia, probando que se había transportado la molécula fluorescente a través de la continuidad entre las neuronas.

Además del sistema nervioso subepitelial, los ctenóforos tienen otras neuronas más profundas, cuyas prolongaciones contactan estrechamente con el SNS, pero de nuevo sin sinapsis. Sí que se observaron sinapsis en las proyecciones de las células sensoriales hacia el SNS, y en proyecciones del SNS hacia las células ciliadas de los peines. Salvo estos casos, el sistema nervioso de esta larva de ctenóforo se caracteriza por funcionar en su mayor parte sin sinapsis, algo totalmente impensable hasta ahora.

Quedan muchas preguntas por responder. ¿Cómo actúan las neuronas subepiteliales? Se apunta la posibilidad de que funcionen como una especie de sistema neuroendocrino, liberando péptidos al medio que actúan localmente.

¿Y cómo se desarrolla el sistema nervioso subepitelial? ¿Se mantienen las conexiones a medida que las neuronas se dividen o se establecen conexiones entre neuronas independientes? Y sobre todo, ¿es esto lo habitual? Hasta ahora solo se ha estudiado un grupo de neuronas de una larva. ¿Se mantiene la red en el adulto? ¿Y en otras especies de ctenóforos?

Recordemos a Camillo Golgi y Santiago Ramón y Cajal

Hay un hecho curioso que no ha pasado inadvertido para los autores del estudio. A finales del XIX competían dos visiones acerca de la estructura de nuestro sistema nervioso. La teoría reticular, defendida entre otros por Camillo Golgi, afirmaba que las neuronas formaban una red continua. En cambio, los trabajos de Ramón y Cajal mostraron que las neuronas eran células independientes que establecían conexiones sinápticas.

Golgi y Cajal compartieron el premio Nobel en 1906, aunque la propuesta de Cajal fue la universalmente aceptada. Resulta llamativo que el sistema nervioso subepitelial de los ctenóforos nos proporcione un inesperado ejemplo de sistema reticular como el propuesto por Golgi… Más de un siglo después.

Ramón Muñoz-Chápuli Oriol, Catedrático de Biología Animal (jubilado), Universidad de Málaga

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.