El gusano que cambia de cabeza

Gusano bellota. Foto S. Luttrell

Gusano bellota. Foto S. Luttrell

Viejo sueño de la ciencia: lograr que los humanos puedan regenerar las partes del cuerpo perdidas, como los miembros y para ello algunos investigadores recurren a un animal que parece simple pero con unas capacidades grandes: un gusano bellota, un enteropneusta.

Un pequeño gusano que vive enterrado en la arena cerca a arrecifes de coral, pero cuya relación ancestral con los cordados indica que tienen una composición genética y un plan de cuerpo muy similar al nuestro.

El estudio en Development Dynamics mostró que pueden regenerar cada gran parte del cuerpo, incluidos sistema nervioso, órganos internos y… cabeza. Lo hacen como si nada luego de haber sido cortados en la mitad.

Si los científicos descifran la red genética responsable de este logro, podrían activar el crecimiento de extremidades perdidas en los humanos mediante la manipulación de nuestra similar herencia genética.

Compartimos miles de genes con estos animales y tenemos muchos, si no todos, de los que usan para regenerar sus estructuras corporales”, explicó Shawn Luttrell, cabeza del estudio.

Podría tener implicaciones para la regeneración del sistema nervioso central si desciframos los mecanismos que los gusanos usan para regenerarse”.

El estudio encontró que cuando un gusano de estos, una de las pocas especies vivas de hemicordados, es cortado en la mitad, vuelve a crecer la cabeza o partes de la cual en cada lado opuesto con una perfecta proporción de la mitad cortada.

Es como si partieran una persona por la cintura: una parte volvería desarrollar cabeza y miembros superiores, la otra los miembros inferiores.

Luego de 3 o 4 días, los gusanos comienzan a crecer una probóscide y boca y a los 5 a 10 días aparecen el corazón y los riñones. Hacia el día 15 ha recrecido un tubo neural completo, que corresponde en humanos a la médula y el cerebro.

Tras ser cortadas, cada mitad del gusano sigue prosperando y los ‘pedazos’ producen gusanos vitales y sanos una vez recrecen las partes del cuerpo.

La regeneración otorga a los animales o poblaciones la inmortalidad, según Billie Swalla, otro investigador. “No solo los tejidos recrecen sino que quedan exactamente de la misma forma y las mismas proporciones, de modo que no se puede distinguir un animal que se ha regenerado de uno que nunca ha sido cortado”.

Revelaciones de un fósil de hace 540 millones de años

Foto superior Jie Yang, inferior Yu Liu

No es sencillo encontrar fósiles de hace 500 millones o más y mucho menos que estén bien preservados.

Pero científicos reportaron en Proceedings of the National Academy of Sciences el hallazgo de un animal que vivió hace 540 millones en lo que hoy es el sur de China. Está tan bien preservado que contiene tejido blando y se puede ver el sistema nervioso central, toda una rareza.

Se trata de un animal tipo crustáceo en el que con detalle se pueden ver nervios gracias al estado de preservación. Esto ayudará a los investigadores a estudiar la evolución del sistema nervioso central.

El fósil es un Chengjiangocaris kunmingensis, que vivió durante la explosión del Cámbrico, un periodo de rápida evolución de las formas de vida, cuando apareció en el registro fósil la mayoría de los grandes grupos de animales. Perteneció a un grupo de animales llamados fuxianhuiidos, un ancestro de los artrópodos actuales, ese grupo diverso que incluye insectos, arañas y crustáceos.

“Nos da una mirada única a lo que era un sistema nervioso central”, según el coautor Javier Ortega-Hernández, del Departamento de Zoología de la Universidad de Cambridge. “Es el ejemplo más completo de un SNC del periodo cámbrico”.

En los últimos años se han identificado sistemas nerviosos parcialmente fosilizados de ese periodo, pero eran de cerebros sobre todo y en todos solo había detalles preservados del cerebro, ofreciendo una información limitada, según un informe de la universidad.

C. kunmingensis parece una especie de crustáceo con una cabeza ancha con forma de corazón y un cuerpo largo con pares de patas de distintos tamaños. En su recuperación se detectó el tejido blando.

El SNC coordina todas las funciones motrices y neurales. En los vertebrados está compuesto de médula espinal y cerebro, pero en los artrópodos consiste de un cerebro condensado y una serie de masas interconectadas tipo cadena de tejido nervioso denominado ganglio que semeja una tira de hebras.

Como los artrópodos modernos, C. kunmingensis tenía un cordón de nervios, que es análogo a la médula en vertebrados, que iba por todo su cuerpo, con cada una de las cuerdas tipo ganglios controlando un par de patas.

El sistema nervioso más antiguo

Pues sí, está ahí, pero ¿cuándo surgió? Un fósil muy bien conservado de hace 520 millones de años reveló el primer sistema nervioso central de un animal conocido hasta ahora.

La criatura, la primera descubierta de su clase, pertenece a un grupo extinguido de animales que tenían un par de grandes ‘garras’ que salían de su cabeza. Las estructuras de cerebro y nervios en este ejemplar de solo 3 centímetros sugieren que es un pariente lejano de arañas, escorpiones y cangrejos de herradura.

El hallazgo fue presentado en Nature hace unas semanas y ofrece pistas sobre la evolución primigenia de algunos animales. Hace más de 500 millones de años el curso evolutivo de los artrópodos se dividió en dos: una rama condujo a las arañas, escorpiones y cangrejos de herradura, la otra a insectos, milípedos y crustáceos.

Uno de los autores, Nick Strausfeld, profesor de la Universidad de Arizona, indicó que los megacheiranos tenían un sistema nervioso central como el de los escorpiones y cangrejos de hoy, lo que indica que los ancestros de las arañas y sus parientes vivieron lado a lado con los de los crustáceos en el Cámbrico bajo.

El fósil descubierto pertenece al ahora extinguido grupo de animales marinos conocidos como Alalcomenaeus, miembro del grupo megacheirano. Tenían segmentos alargados de cuerpo con cerca de una docena de pares de extremidades para nadar o caminar, así como un par distintivo de protuberancias tipo tijeras a partir de la cabeza, quizás usadas para detectar y agarrar presas.

La historia jamás contada se conoce de a poco.

Bacteria intestinal regula el… buen humor

Nuestra felicidad estaría regulada por la cantidad de bacteria en nuestro intestino durante los primeros años de vida según un estudio publicado en Molecuar Psychiatry.

Sí. Científicos de la UCC mostraron que los niveles de serotonina en el cerebro, la hormona de la felicidad, están regulados por esas bacterias.

La investigación mostró que el funcionamiento normal de un cerebro adulto depende de la presencia de esos microbios durante el desarrollo. La serotonina, el mayor químico envuelto en la regulación del humor y las emociones, se altera en momentos de estrés, depresión y ansiedad, y clínicamente por drogas antidepresivas.

Los científicos del Alimentary Pharmabiotic Centre en UCC usaron un ratón libre de gérmenes para mostrar que la ausencia de bacterias durante la vida inicial afecta de manera importante las concentraciones de serotonina en el cerebro durante la edad adulta. La investigación subrayó también que la influencia depende del sexo, con efectos más marcado en os animales machos que en las hembra.

Cuando los científicos colonizaron los animales con bacterias antes de la adultez hallaron que varios cambios en el sistema nervioso central, en especial los relacionados con la serotonina, no podían ser reversados, indicando un efecto duradero de la ausencia de flora intestinal sobre la función cerebral.

El estudio se construyó sobre otro anterior, del grupo Cork y otros, que mostraban que existe un eje microbioma-intestinos-cerebro que es esencial para mantener la salud normal y que puede afectar el cerebro y el comportamiento.

El estudio fue hecho por Gerard Clarke, los profesores Fergus Shanahan, Ted Dinan y John F Cryan y colegas.

“Como neurocientífico, estos hallazgos son fascinantes porque subrayan el rol importante que la bacteria intestinal juega en la comunicación bidireccional entre el cerebro y el intestino, y abre la posibilidad de desarrollar estrategias basadas en microbios para el tratamiento de desórdenes cerebrales”, dijo John F Cryan, autor senior.

Cómo ratas paralizadas volvieron a caminar

Mantener el cerebro y activo y la estimulación nerviosa parecen funcionar juntas para ayudar a ratas paralizadas a caminar de nuevo. Sí, comprometerlas en tareas específicas, como obtener una recompensa mientras se estimula la médula espinal y forzando los animales a imitar movimientos como los que se hacen al caminar, fue como científicos suizos y colegas de otros países lograron restaurar el movimiento voluntario, según un estudio publicado en Science.

El desarrollo permite una mirada sobre cómo el sistema nervioso se reorganiza para compensar las lesiones serias de la médica y señala futuras estrategias para tratar pacientes con extremidades paralizadas.

“El punto central del estudio es que si usted rehabilita correctamente, puede restaurar el control voluntario mediante nuevos circuitos nerviosos”, explicó Michael Beattie, neurocientífico del Brain and Spinal Injury Center en Universidad de California, San Francisco, citado por The Scientist, quien no participó en la investigación.

La combinación de entrenamiento y estimulación nerviosa ha sido demostrada útil apra restaurar funciones luego de una parálisis, según Reggie Edgerton, fisiólogo de la Universidad de California en Los Ángeles. Sus estudios en humanos demostraron que tal compromiso cerebral y la estimulación nerviosa actuaban sinérgicamente para permitirle al paciente obtener de nuevo cierto control en el movimiento de la pierna luego de una lesión paralizante.

Los resultados muestran que una sección afectada de la médula puede volver a actuar cuando su propia inteligencia innata y la capacidad regenerativa, que el investigador líder del estudio Grégoire Courtine del EPFL llama ‘el cerebro espinal’, son despertadas.

El estudio comenzó hace cinco años en la Universidad de Zurich y significa un cambio profundo en nuestro entendimiento del sistema nervioso central.

No se sabe sin embargo si técnicas similares funcionarían en humanos, pero el crecimiento de nervios observado sugiere nuevos métodos para tratar la parálisis.

“Tras un par de semanas de neurorrehabilitación con una combinación de un arnés robótico y estimulación electro-química, nuestras ratas no solo comenzaron voluntariamente a tratar de caminar, sino que pronto estaban corriendo, trepando escalas y evitando obstáculos”, dijo Courtine, quien dirige el International Paraplegic Foundation (IRP) Chair in Spinal Cord Repair en el EPFL.

Foto cortesía

Arañas piensan con las patas

Aunque pensar con los pies puede ser un insulto, no en todos los casos. En el de las arañas, no.

Investigadores del Smithsonian Tropical Research en Panamá reportaron que los cerebros de unas arañas pequeñas son tan grandes que cubren todas las cavidades del cuerpo e incluso alcanzan sus patas.

Como parte de una investigación en marcha para entender cómo la miniaturización afecta el tamaño del cerebro y l el comportamiento, los científicos midieron el sistema nervioso central de 9 especies de arañas, desde las enormes de la selva húmeda a otras tan pequeñas como la cabeza de un alfiler. A medida que se hacen más pequeñas, su cerebro proporcionalmente se hace mayor, llenando más parte de las cavidades corporales.

“Mientras más pequeño el animal, más tiene que invertir en su cerebro, lo que significa que aún arañas pequeñísimas son capaces de tejer una red y realizar otras tareas complejas”, explicó William Wcislo, jefe de científicos del Instituto.

“Descubrimos que los sistemas nerviosos centrales de las arañas más pequeñas ocupan casi el 80% de las cavidades corporales, incluyendo un 25% de sus patas”.

“Algunas de las más pequeñas e inmaduras crías tienen cuerpos deformados, abultados. Ese abultamiento contiene exceso de cerebro. Adultos de la misma especie no lo presentan. Las células cerebrales solo pueden ser tan pequeñas dado que la mayoría de las células tienen un núcleo que contiene todos los genes de la araña, y eso ocupa espacio.

El diámetro de las fibras nerviosas o axones no pueden ser más pequeños porque si no el flujo de iones que transportan las señales nerviosas se interrumpe y las señales nos e transmitirían adecuadamente. Una opción es darle más espacio al sistema nervioso.

“Creemos que las arenas jóvenes pueden ser más que todo cerebro porque existe una regla general para todos los animales, la regla de Haller, que dice que a medida que un cuerpo es menor, la proporción del tamaño tomado por el cerebro aumenta”, dijo Wcislo.

El cerebro humano apenas representa 2-3% de nuestra masa corporal. Algunos de los cerebros más pequeños de hormigas que medimos representan cerca del 15% de su biomasa, y algunas de las arañas son más pequeñas”.

Como las células cerebrales emplean mucha energía, estas arañitas convierten probablemente mucho de la comida en energía cerebral.

En el estudio se incluyeron arañas como Nephila clavipes, una gigante que pesa 400.000 veces más que la más pequeña estudiada, ninfas del género Mysmena.

Foto de Nephila Clavipes, cortesía Pamela Belding-STRI

La polución afecta el aprendizaje

La polución afecta el corazón y los pulmones e incide en muchas otras situaciones y en la parte física de la persona.

Bien, un nuevo estudio en Molecular Psychiatry arrojó un resultado sorprendente: la exposición prolongada al material particulado fino del aire, tal como al escape de un auto, puede alterar la morfología neuronal, el genio y la cognición.

Es la primera vez que se correlaciona la polución del aire con el sistema nervioso central.

Durante 10 meses, Laura Fonken y colegas expusieron 21 ratones machos de cuatro semanas a un medio con aire contaminado o con aire filtrado. El tamaño de la concentración del material particulado imitaba los niveles de ciudades en el mundo en desarrollo, tales como en China e India. Tras la exposición, los ratones fueron sometidos a pruebas de comportamiento para analizar sus capacidades físicas, los reflejos senso-motores, el aprendizaje y la memoria, así como respuestas afectivas como las conductas depresivas o de ansiedad.

Se encontró que la exposición a las partículas finas puede provocar neuroinflamación y características morfológicas alteradas en las neuronas del hipocampo, importantes en las tareas de memorización.

Cuando el grupo analizó los cerebros de los ratones, encontró que el hipocampo tenía menos conexiones entre neuronas y altos niveles de citoquinas y moléculas TNF-alpha, conocidas por causar inflamación.

“Esto sugiere que puede haber un grado bajo de inflamación crónica media”, dijo Fonken a The Scientist. Esa inflamación puede estar reduciendo las conexiones neuronales y reduciendo de hecho olas capacidades cognitivas de los ratones.