En la anterior entrada (1), hablamos sobre la
historia de la investigación de la regeneración, sobre los dos
principales tipos de regeneración que podemos encontrar en los
metazoos y cómo ésta se produce. En esta segunda entrega veremos
cómo se distribuye la propiedad a lo largo de diferentes filos
animales y estudiaremos brevemente las diferentes hipótesis
evolutivas que se han propuesto para explicar su origen.
Se conoce la existencia de la regeneración en, al
menos, 10 filos pero, probablemente, se halle también en filos menos
estudiados y de origen evolutivo controvertido (como los
Quinorrincos,
los rotíferos,
los ciclióforos,
los onicóforos
y otros). Empezaremos hablando de los tres filos de rasgos más
antiguos; aquellos que su cuerpo está formado por tan solo dos hojas
embrionarias (endodermos y ectodermo): los poríferos, los cnidarios
y los ctenóforos (esponjas, pólipos y medusas, y veroes,
respectivamente). En los poríferos la regeneración es máxima. Un
experimento clásico consiste en triturar una esponja en una
picadora, filtrar el puré resultante por una malla de hilo, y dejar
el líquido resultante “reposar” 24 horas. En ese tiempo el
líquido se ha aglutinado y ha generado nuevos individuos “esponja”.
Las células que estaban en suspensión en el líquido han sabido
reorganizarse para recomponer el organismo. Las partes pueden formar
el todo. En los cnidarios la regeneración también ha sido bien
estudiada. El género Hydra es
capaz de reorganizar las células después de una división
transversal de su eje de simetría, reproduciendo dos organismos
donde antes había solo uno. Esto ha sido bien estudiado por
múltiples autores, como vimos en la entrada anterior (1), y como
también vimos, la reproducción asexual y la regeneración parecen
tener algo que ver (como veremos, eso afectará a las hipótesis
sobre el origen evolutivo de la regeneración). En los ctenóforos,
los estudios son mucho más escasos: ellos parecen capaces de
regenerarse bidireccionalmente, como la hidra, es decir, cada porción
de la escisión que se realiza a un ctenóforo, da lugar a un
individuo, resultando que, donde había uno, ahora hay dos.
A partir de ahora
vienen filos más complejos que tienen tres hojas embrionarias
(endodermo, ectodermo y mesodermo). En los platelmintos,
solo los turbelarios, mantienen una elevado poder de regenración.
Las otras tres clases, céstodos, tremátodos y monogeneos (una
clasificación considerada desfasada pero que sigue siendo muy útil
para reconocer grandes grupos dentro de este filo. Entre los
turbelarios encontramos a las planarias, en los céstodos, las tenias
intestinales, en los monogeneos, parásitos de peces y reptiles, y en
los tremátodos, parásitos de mamíferos, sobre todo, entre ellos el
causante del mal de Chagas).
Las planarias pierden un poco de poder regenerativo con respecto a
los filos anteriores, ya que
solo son capaces de regenerarse si la fisión binaria se produce por
debajo del tercio superior del animal. Si se produce, la regeneración
también es bidireccional. En los moluscos, la regeneración se
encuentra
restringida a la clase de los gasterópodos (babosas y caracoles).
Siempre que la escisión del animal se produzca,
como en las planarias, por debajo del tercio cefálico, la
regeneración será posible. No siempre es bidireccional. En
los anélidos (lombrices de tierra y gusanos marinos de tubo),
solamente los poliquetos (lombrices de tierra) tienen la capacidad de
regenerarse. De hecho, es una propiedad muy conocida por los niños
europeos (sobre todo, los de un par de décadas anteriores a la época
actual. ¿Quién no ha jugado con ellas escarbando en la tierra los
días de lluvia? Era una de mis actividades preferidas los días
tormentosos). Es una propiedad que, en la mayor parte de las
especies, es bidireccional.
Solamente si la escisión está muy cerca de la porción cefálica,
la regeneración no es posible. En el basto grupo de los artrópodos,
hay tres grandes agrupaciones taxonómicas donde está presente, y
de forma notable, la regeneración: hexápodos (insectos), crustáceos
y miriápodos (ciempiés).
Los insectos y los miriápodos
solo pueden
regenerar sus apéndices si estos son seccionados en la mitad
inferior (por debajo de la porción denominada coxa) y en los
crustáceos pueden regenerarlos, incluso, si la escisión se produce
en esta porción, siempre y cuando no sea una amputación desde la
base.
Entramos ya en
los animales llamados deuteróstomos.
Hasta ahora, los metazoos con tres hojas embrionarias de los que
hemos hablado, eran protóstomos.
Estos dos grupos son las dos grandes ramas evolutivas en las que se
diferencian los animales más complejos y que se diferencian en
cuestiones básicas de
desarrollo embrionario que no vamos a tratar aquí. Los deuteróstomos
incluyen
al filo de los cordados, es decir, nosotros, pero vamos a empezar con
el filo de los equinodemos. La regeneración es una propiedad que las
5 clases de equinodermos posee, pero que está especialmente
desarrollada en los asteriodeos (estrellas de mar). Estos, son
capaces de recuperarse de la sección de uno de sus brazos y de crear
un organismo completo si ese brazo escindido incluye parte de la
sección centrl del organismo. En los urocordados (ascidias y
salpas), un grupo que está estrechamente emparentado con los
cordados, presenta una distribución muy desigual de la propiedad
de la regeneración. Mientras las salpas son incapaces de
regenerarse, las ascidias son capaces de regenerar órganos completos
del cuerpo y porciones perdidas y, en aquellas de vida colonial, son
capaces de regenerar por completo a los individuos perdidos. Por
último, hablaremos un poco de los cordados: casi todos las grandes
agrupaciones taxonómicas que se incluyen en los cordados, podemos
encontrar ejemplos de regeneración (anúros, urodelos, lacértidos,
etc.)
Con los conceptos de
morfalaxis y epimorfosis que vimos en la primera parte de la entrada
al blog (1), podemos generalizar la siguiente afirmación: en los
grupos de dos hojas embrionarias predomina la morfalaxis, mientras
que en los metazoos de tres hojas embrionarias (más complejos)
predomina la epimorfosis como forma de regeneración.
La primera
persona en preguntarse sobre el posible origen evolutivo de
la propiedad de regeneración
fue Eugen Korschelt
que, en 1927, estudió la forma de regeneración por epimorfosis y se
dio
cuenta de que no había prácticamente diferencias entre la
epimorfosis de diversos animales muy separados evolutivamente entre
sí. Esto le llevó a postular
que, la regeneración, era un caracter común a todos los metazoos.
La idea no cuajó porque existía una contradicción muy evidente:
habían muchos más organismos sin capacidad regenerativa por
epimorfosis, que organismos con regeneración epimórfica. La
hipótesis de Korschelt
no
proponía cómo resolver esta contradicción. Mucho más tarde, en
1991, Richard J.
Goss recuperó
la hipótesis y propuso una sencilla solución: es posible que la
regeneración, como propiedad, halla sido seleccionada negativamente
durante la evolución de los metazoos. Esta hipótesis, que podemos
llamar de Korschelt-Goss,
ha
recibido el espaldarazo de sólidos datos y evidencias: la
regeneración parece tener su origen en los primeros metazoos porque
la regeneración y la embriogénesis comparten múltiples paquetes de
genes reguladores. En
palabras de Sánchez
Álvaro:
“En
vista de la evidencia morfológica disponible, los datos moleculares
limitados y el alto grado de conservación mostrado por los
mecanismos de la biología del desarrollo, un origen homólogo de l
regeneración y no análogo proporciona la explicación más
satisfactoria al origen y distribución de este fenómeno en los
metazoos”(2).
¿Cómo
pudo, entonces, evolucionar la regeneración? ¿Lo
hizo como propiedad originada de
novo o
fue un mecanismo ya existente cooptado para hacer posible la
regeneración (exaptación)?
La principal hipótesis la expuso Arthur
Edwin Needham en
1952: los organismos que están en la “base” del árbol evolutivo
son aquellos que más potencial regenerativo presentan, llegando al
punto de que, en aquellos que son capaces de regenerar un organismo
entero a partir de una pequeñísima parte (por ejemplo, las
planarias del género Dugesia
son
capaces de regenerar el organismo entero a partir de 1/279
parte del cuerpo),
la reproducción asexual y la regeneración son indistinguibles. En
Hydra spp.
los estímulos que activan la regeneración ponen
en marcha las mismas cascadas moleculares que se activan durante los
procesos de gemación que ocurren durante la reproducción asexual
natural del organismo (2).
Pero
nada es sencillo en biología: en muchos organismos la capacidad
regenerativa y la reproducción asexual están disociadas
completamente. Los ejemplos se dan sobre todo en metazoos
triblásticos
(aquellos con tres hojas embrionarias). Las planarias (como vemos,
ejemplos de casi todo cuando se habla de regeneración), como hemos
visto, presentan regeneración bidireccional, pero en las especies
Dendrocoelum
lacteum y
Bdellocephalla
punctata la
amputación a nivel de la faringe o la post-faringe no activa la
regeneración, pero si a nivel pre-faringeo
(al revés que lo habitual). Son especies con una predominante
reproducción sexual y, por tanto, la regeneración como método de
reproducción asexual se ha visto enormemente reducido. Esta
disociación entre reproducción sexual y asexual se lleva al extremo
en el filo de los cordados. ¿Por qué un equinodermos es capaz de
regenerar un individuo entero a partir de un brazo de la estrella de
mar y una pequeña porción central y una cola de la lagartija no
regenera una lagartija completa? Cuando hay una amputación de
miembros en una salamandra o en una lagartija aparecen dos partes con
propiedades regenerativas muy distintas. Esta es precisamente la
pregunta clave.
Sánchez
Álvaro afirma
que “la
habilidad de los organismos o de sus partes de revertir sus profesos
morfogenéticos (…) depende por completo de la capacidad de cada
organismo de regular la pluripotencialidad celular”.
En hechos tangubles: si no hay disponibilidad de células
pluripotenciasle en una cantidad suficiente, no habrá regeneración.
La
pluripotencialidad celular es una propiedad fuertemente regulada
pero, como descubrió hace más de 100 años Hasn
Driesch en
unos espectaculares e innovadores experimentos en biología del
desarrollo, la pluripotencialidad celular no es igual en todas las
etapas de la vida de un organismo: los embriones de muchos animales
son capaces de regenerarse. Driesch
separló
los cuatro primeros blastómeros que rujen tras la primera y la
segunda división celular del embrión y probó (mejor dicho,
descartó su hipótesis, que era que los embriones saldrían
incompletos) que los cuatro blastómeros daban lugar a cutro
organismos completos (eso si, de menor tamaño). Esta experiencia se
extendió a lo largo del siglo XX a cefalocordados, un grupo próximo
filogenéticamente a los cordados, y en anfibios, llegándose a las
mismas conclusiones. La capacidad de regeneración se pierde y/o se
reduce mucho en estados posteriores del desarrollo.
Figura
1. En la siguiente figura se ilustra la
aparente adición de varios pasos reguladores a medida que aumenta la
complejidad evolutiva. Se incluyen tres organismos representativos,
todos con grandes poderes de regeneración. De abajo hacia arriba:
hidra (Cnidaria), planariana (Platyhelminthes) y la salamandra
(Chordata), representada por una de sus extremidades. La flecha gris
apunta en la dirección de complejidad evolutiva inferior (signo
menos) a superior (signo más). Los ciclos de regeneración de estos
organismos se ilustran con las tres elipses.
¿Qué
podemos sacar en claro después de estas ideas sobre la regeneración?
Parece claro que existe un nexo de unión entre el desarrollo
embrionario y la regeneración, y que la selección natural a
moldeado este nexo. Esta relación se pone de manifiesto, además de
en las pruebas que hemos visto, en el análisis del proceso de
regeneración y de su complicación con la diversificación biológica
(Fig. 1). Como vemos, con la complejidad tisular,
aparecen puntos de
control
moleculares para la aparición de células pluripotenciales. Quizá
esto en debe sorprendernos. Puede que exista un compromiso evolutivo
entre “poder repararlo todo” y que “la división celular no se
vaya de madre”. Es decir que la selección natural favorece
organismos cuyas células trabajen bien, en conjunto, y no exista un
grupo de células capaces de reproducirse a volutad, sin ningún
control y apoderándose de recursos necesarios para todas,
destruyendo la unidad del individuo. En pocas palabras, la selección
natural a tenido que poner en la balanza la regeneración y el
cáncer, resultando un control férreo de la regeneración en
animales complejos porque, dada su especialización, un grupo de
células indiferenciadas rompería más fácilmente el equilibrio
conseguido. Esta es, también, la hipótesis que mantiene Sánchez
Álvaro (2).
REFERENCIAS:
- La Quimera de Gupta, “La
Regeneración
(I): Historia de la biología del desarrollo y el descubrimiento de
la regeneración”,
24
octubre, 2017. - Sánchez Alvarado, A. (2000). Regeneration
in the metazoans: why does it happen?. Bioessays,
22(6),
578-590.
