Un tipo de gusano blando que comienza su vida como una cabeza flotante en el océano Pacífico está transformando lo que saben los científicos sobre la metamorfosis a nivel celular. Se trata del gusano bellota Schizocardium californicum, un hemicordado que habita bahías intermareales de California y cuyo ciclo de vida incluye una larva tornaria que nada libremente antes de transformarse en un adulto que se entierra en el fango.
A diferencia de los humanos, alrededor del 80 % de las especies animales experimentan algún tipo de metamorfosis: un proceso que divide su crecimiento en etapas desde el huevo a la larva hasta el ejemplar adulto. Hasta ahora, este conjunto de cambios no se comprendía del todo bien. Algunas teorías sugerían que las células originales de las larvas morían masivamente y eran sustituidas por otras, o bien que siempre desempeñaban la misma función a lo largo de la vida.
Un estudio liderado por la Universidad de Stanford (Estados Unidos) ha encontrado pruebas sólidas de que la mayoría de las células de Schizocardium californicum se reprograman durante la metamorfosis. Incluso algunos tipos, como las neuronas, pueden asumir nuevas funciones en el organismo adulto. El trabajo, publicado en Nature Communications, es el primero conocido que sugiere una reprogramación celular extensa durante el desarrollo normal de un animal con simetría bilateral (un cuerpo con dos lados que se corresponden, como en los humanos).
«La reprogramación es una especie de fruta exótica en la biología del desarrollo”, explica el autor principal del trabajo y catedrático de biología Christopher Lowe. “Pensábamos que, a medida que las células se desarrollaban, su función se iba restringiendo, pero, al estudiar a fondo la metamorfosis, descubrimos que la reprogramación era mucho más común”, agregó.
Para llegar a estas conclusiones, el equipo —liderado por el entonces estudiante de doctorado Paul Bump— realizó análisis genéticos en más de 87.000 células de estos gusanos. Aplicaron secuenciación de ARN unicelular en cinco etapas de desarrollo (larva temprana y tardía, metamorfosis, y juvenil temprano y tardío) y clasificaron las células en 12 categorías, entre ellas células cartilaginosas, inmunitarias y cutáneas.
El análisis reveló que las células larvarias eran más similares entre sí que con las células adultas que desempeñaban la misma función. Por ejemplo, las neuronas de las larvas se parecían más a las células intestinales de las crías que a las neuronas adultas. Este patrón se observó en más de la mitad de las células analizadas. No obstante, hubo excepciones: las funciones de las células musculares y mesodérmicas (que conforman algunos órganos) se mantuvieron relativamente estables desde la fase larvaria hasta la juvenil.
Además, los investigadores marcaron algunas células larvarias con un tinte persistente (o con experimentos de pulso-caza con EdU) antes de la metamorfosis y las siguieron a lo largo del proceso. Las células persistían en el organismo adulto. “Esto sugería que las células no estaban muriendo a gran escala, sino que, de hecho, se conservaban”, afirma Lowe. “A partir de los datos de secuenciación de ARN, observamos que se habían convertido en tipos celulares muy diferentes, lo que respaldaba la idea de que las células larvarias se estaban reprogramando hacia nuevas funcionalidades”.
Hasta ahora se creía que la reprogramación celular ocurría principalmente después de una lesión o en especies capaces de regenerar órganos o extremidades, pero no como una característica del desarrollo normal. Investigaciones previas habían detectado casos limitados en esponjas y medusas, organismos muy alejados de los seres humanos en el árbol evolutivo.
Trabajar con este gusano no fue sencillo. No es una especie modelo común en los laboratorios, lo que obligó a adaptar técnicas y herramientas. Precisamente esa rareza es lo que interesó a los investigadores. La mayoría de los organismos modelo —como ratones o peces cebra— presentan un desarrollo directo: crecen desde el embrión hasta el adulto sin una fase larvaria dramática. Estos animales se estudian con mayor frecuencia porque son genéticamente más cercanos a los humanos y resultan más fáciles de manejar en el laboratorio.
Sin embargo, centrarse solo en el desarrollo directo deja un enorme vacío de conocimiento sobre el mundo animal, señala Lowe. Muchos especímenes presentan un desarrollo indirecto, con una fase larvaria y una metamorfosis antes de convertirse en adultos. En el caso de S. californicum, la larva se parece a una “cabeza nadadora” que se alimenta en la columna de agua; tras la metamorfosis, el animal adquiere un cuerpo tripartito (probóscide, collar y tronco) y pasa a una vida bentónica excavando en el sedimento.
El hallazgo no solo ilumina los mecanismos de la metamorfosis en hemicordados, sino que plantea nuevas preguntas sobre cómo se construyen los planes corporales adultos a partir de formas larvarias tan distintas. La evidencia de que las células no se reemplazan por completo, sino que se reprograman, desafía hipótesis clásicas como la de las “células reservadas” (set-aside cells) y abre una ventana a procesos de transdiferenciación o desdiferenciación en el desarrollo normal de animales bilaterales.
