Científicos descubren que el dibujo se forma a través de grietas únicas vinculadas al crecimiento, y que no responden a razones genéticas

¿Cómo se explica la diversidad de los organismos vivos? Aunque la respuesta que suele venir a la mente es la genética, lo cierto es que no es la única explicación. Un equipo multidisciplinario de la Universidad de Ginebra (UNIGE) acaba de demostrar que las escamas de la cabeza de los cocodrilos surgen de la mecánica de los tejidos en crecimiento sin que intervenga la genética.

El resultado de esta investigación, que acaba de publicador la revista Nature, cambia la perspectiva sobre las fuerzas físicas implicadas en el desarrollo y la evolución de los seres vivos.

El origen de la diversidad y complejidad morfológica de los organismos vivos del planeta sigue siendo uno de los mayores misterios de la ciencia. Para resolver este enigma, los científicos estudian una amplia gama de especies. En el laboratorio de Michel Milinkovitch, profesor del Departamento de Genética y Evolución de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, se investiga el desarrollo y la evolución de los apéndices cutáneos de los vertebrados, como las plumas, el pelo y las escamas, para comprender cuáles son los mecanismos responsables de esta diversidad y, en la mayoría, están determinados por procesos químicos en el desarrollo embrionario, que implican interacciones entre numerosas moléculas.

Anteriormente, el equipo ya había demostrado que el desarrollo embrionario de las escamas de la cabeza del cocodrilo, a diferencia de las escamas del cuerpo, se originaba a partir de un proceso similar a la propagación de grietas, como en cualquier material sometido a tensión mecánica. Es decir, no estaban controladas por la genética, sino que su morfología es aleatoria y se genera a partir de estructuras que se fracturan. De hecho, hasta las escamas en las partes derecha e izquierda de la cabeza son diferentes. El tamaño, la forma y la disposición de las escamas es distinta en cada ejemplar, como si fuera una huella dactilar. Aún así, la verdadera naturaleza de este proceso era desconocida.

Gracias a un nuevo trabajo multidisciplinar los científicos han resuelto este misterio. En primer lugar, siguieron la evolución de las escamas de la cabeza durante el desarrollo embrionario del cocodrilo del Nilo, que dura unos 90 días en total. Mientras que la piel que cubre las mandíbulas permanece lisa hasta el día 48, los pliegues cutáneos aparecen alrededor del día 51. Luego se extienden e interconectan para formar escamas poligonales irregulares, incluidas unas grandes y alargadas en la parte superior del hocico, y otras más pequeñas a los lados de las mandíbulas.

Si la piel de un animal crece más rápido que el tejido subyacente al que está adherida, se dobla y se pliega porque su crecimiento se ve limitado. El equipo exploró si este proceso explica la aparición de pliegues en la piel, y por lo tanto de escamas en el cocodrilo embrionario. Por ello desarrollaron una técnica para inyectar en los huevos de cocodrilo una hormona que activaba el crecimiento y la rigidez de la epidermis: el EGF (factor de crecimiento epidérmico). Los científicos descubrieron que la activación del crecimiento y el aumento de la rigidez de la superficie de la piel provocaban un cambio espectacular en la organización de los pliegues.

«Vimos que la piel del embrión se pliega de forma anormal y forma una red laberíntica que se parece a los pliegues del cerebro humano. Sorprendentemente, cuando estos cocodrilos tratados con EGF eclosionan, este pliegue similar al del cerebro se relaja y adopta un patrón de escamas mucho más pequeñas, comparables a las de otra especie de cocodrilo: el caimán», explican Gabriel Santos-Durán y Rory Cooper, investigadores postdoctorales en el laboratorio de Michel Milinkovitch y coautores del estudio. Por lo tanto, las variaciones en la tasa de crecimiento y endurecimiento de la piel proporcionan un mecanismo evolutivo simple capaz de generar una amplia diversidad de escamas entre las diferentes especies de cocodrilos.

Los científicos utilizaron una técnica avanzada de obtención de imágenes, conocida como «microscopía de láminas de luz», para cuantificar la tasa de crecimiento y las geometrías de los diversos tejidos (epidermis, dermis y hueso) que componen la cabeza del embrión, así como la organización de las fibras de colágeno en la dermis. Con esos datos construyeron un modelo informático tridimensional (3D) con el que simularon el crecimiento restringido de la piel. Este método también permitió a los investigadores explorar los efectos de cambiar las tasas de crecimiento y la rigidez de las capas de tejido.

«Al modificar estos parámetros podemos generar la forma de las escamas de la cabeza correspondientes a los cocodrilos del Nilo, tanto tratados con EGF como sin él, así como al caimán de anteojos o al aligátor americano. Estas simulaciones por ordenador demuestran que la mecánica de los tejidos puede explicar fácilmente la diversidad de formas de ciertas estructuras anatómicas de diferentes especies, sin tener que involucrar factores genéticos», concluye Ebrahim Jahanbakhsh, ingeniero informático del laboratorio de Michel Milinkovitch y coautor del estudio.

Fuente: elmundo.es