SIMETRÍA ANIMAL: ASPECTOS EVOLUTIVOS

Sin temor a equivocarme, puedo afirmar que por lo menos una vez en su vida, usted ha quedado admirado por la inmensa diversidad de animales en el planeta, por sus formas, tamaños, colores, texturas, etc. y ante esto, no pocos nos habremos preguntado, ¿por qué los animales estamos estructurados de este modo?

Como primera aproximación a una posible respuesta, podríamos decir que las posibilidades en el diseño corporal animal son, prácticamente, infinitas... pero, por supuesto, esto no es así. A continuación, daremos inicio a un breve viaje por aquello que la ciencia ha descubierto sobre los motivos detrás de nuestras formas y "perfecta" simetría. Empecemos.

El diseño de los animales que actualmente habitan la Tierra es el resultado de una larga historia evolutiva, llena de cambios influenciados por el ambiente y las variaciones en la información genética de sus ancestros (mejor dicho, nuestros ancestros). Es altamente probable que muchos de los animales ya extintos, hayan sido poseedores de estructuras corporales que hoy nos resultarían completamente descabelladas; sin embargo, no sería necesario viajar en el tiempo para ver animales con formas raras. 

Los planes estructurales de los animales, así como los de otros seres vivos, se relacionan , entre otras cosas, con su "estilo de vida". Por ejemplo: un gusano parásito en el intestino de una vaca tendrá aspecto y comportamiento diferentes a los de otros que viven en el agua, o en el lodo, o en el intestino de un ave; pero a pesar de sus diferencias, esa similaridad que nos hace llamarlos a todos "gusanos" se basará (en muchos casos pero no en todos) en la cercanía evolutiva que estos puedan tener, pudiendo pertenecer a un mismo género, familia u orden taxonómico (más información sobre categorías taxonómicas, aquí).

Este animal habita nuestro planeta, es real y no está extinto. Es el Glaucus atlanticus, conocido comúnmente como "dragón azul", una babosa marina de menos de 6 cm de longitud y bastante tóxica. Al observarla podemos disfrutar de la armonía de la simetría bilateral, pero será mejor mantenernos alejados ("El Dragón Azul. El coctelero oceánico de las pócimas venenosas").

A lo largo del proceso evolutivo, ciertas especies dan origen a otras nuevas y esto ocurre debido a la aparición de una o varias novedades evolutivas, que pueden ser estructurales y/o funcionales. En biología, a estas novedades se les conoce como sinapomorfías. Durante la evolución de determinado organismo podemos encontrar múltiples sinapomorfías, a medida que observamos cómo sus ancestros van cambiando hasta, finalmente, darle origen. Sin embargo, existen grandes sinapomorfías que han sido determinantes para el establecimiento de las características corporales animales. Estas novedades evolutivas son: la multicelularidad, la simetría bilateral, el diseño “tubo dentro de un tubo” y el arquetipo eucelomado. Si bien es cierto que todas estas características son igual de importantes, en esta ocasión trataremos la que, en mi opinión, es la más evidente cuando observamos a un animal: la simetría bilateral.

¿Qué es la simetría? Esta trata del equilibrio o correspondencia, en forma y tamaño, que existe entre las partes o estructuras situadas ordenadamente respecto a un punto, un eje o un plano (plano de simetría). Es probable que los primeros animales no hayan tenido simetría y hayan sido, en su mayoría, amorfos, con una organización corporal simple similar a la de varias especies de esponjas marinas actuales. A partir de este tipo de animales surgieron luego aquellos con simetría radial: organismos cuyo cuerpo se organiza alrededor de un eje central, tal y como sucede en las medusas, anémonas, ctenóforos, etc. Este tipo de animales comparten la característica de poseer una capacidad de desplazamiento limitada (en comparación con otros animales nadadores, por ejemplo) o ser sésiles; es decir, mantenerse fijos en un solo lugar, esperando que el alimento se les acerque lo suficiente. Es por esto que la simetría radial en estos animales resulta muy conveniente, ya que el cuerpo está expuesto a un ambiente en el que las probabilidades de obtener alimento (o ser atacado por un depredador) son las mismas por todos los lados.

 

Sin embargo, los cambios en el ambiente, el surgimiento de mejores métodos de obtención de alimentos y la riqueza genética, de alguna manera compleja, fueron el caldo de cultivo perfecto para el surgimiento y progreso de un novedoso plan estructural: la simetría bilateral. ¿Por qué y para qué surgió la simetría bilateral? Como casi todo en biología de organismos extintos, solo contamos con hipótesis al respecto, aunque bastante bien fundamentadas. La simetría bilateral es congruente con una nueva manera de movilización en los animales. Las planarias o "gusanos planos", son animales pertenecientes a un grupo taxonómico cercano al de las medusas. Estos gusanos y los cnidarios son descendientes de un ancestro común que, probablemente, poseía ciertas características intermedias entre ambos y que, con el correr de los milenios, originó ambas ramas evolutivas. Pero, ¿qué diferencias poseen estos dos tipos de animales? La principal es que las planarias pueden trasladarse sobre una superficie en una dirección determinada, "hacia adelante", mientras que las medusas no. Pese a que pueda parecer muy obvia, es esta diferencia funcional la que nos permite darle más sentido a las distintas simetrías. La bilateralidad de una planaria está estrechamente relacionada con el tipo de desplazamiento que realiza, el cual permite al animal, entre otras cosas, moverse hacia su alimento y no tener que esperar que este se aproxime. Al cambiar el "estilo" de caza, ahora los animales pueden buscar y perseguir fuentes de nutrientes más grandes y abundantes, por lo que se desarrolla un sistema digestivo más sofisticado, con un orificio de entrada y otro de salida (aunque en el caso de las planarias, un solo orificio cumple ambos roles... imagínese). 

Animales como las medusas, pertenecientes al phylum de los cnidarios (izquierda), poseen un plan corporal basado en la simetría radial, ya que sus estructuras se disponen ordenadamente alrededor de un eje central imaginario trazado desde la umbrela hacia los tentáculos. Por su parte, los insectos como las mariposas (derecha), así como muchos otros grupos de animales, poseen simetría bilateral, con sus estructuras dispuestas a modo de "imagen especular" a ambos lados de un plano de simetría imaginario, que corta al animal longitudinalmente (ver vídeo al final del artículo).

Es en este punto dónde me gustaría escribir sobre otro fenómeno estructural fantástico: la cefalización. ¿Qué es? Pues se trata de una característica que poseen la mayoría de animales bilateralmente simétricos, y consiste en la presencia de una zona a la que denominamos cabeza (inesperado, ¿cierto?). ¿Por qué existe una cabeza? Lo más probable es que la presencia de esta sea consecuencia del desplazamiento "hacia adelante", ya que supone que un extremo del cuerpo del animal será siempre el primero en interactuar con el medio, por lo que termina resultando conveniente que sea en ese extremo donde se ubiquen los principales órganos sensoriales, tales como los ojos o los órganos olfativos, así como la boca, que es por donde ingresa el alimento. Como podemos ver, la cefalización y la simetría bilateral son fenómenos estructurales que van de la mano. Ahora bien, ¿de dónde surge la información necesaria para tales características corporales?

Genética de la simetría bilateral

Los genes Hox son un grupo de genes presentes en los animales con simetría bilateral, cuyo rol es el de dar identidad a cada segmento del cuerpo. Estos genes están ubicados en los cromosomas en el mismo orden en el que se expresan a lo largo del organismo (vea la correspondencia de colores entre los genes y los segmentos del cuerpo en la imagen). En el caso de la "mosca del vinagre", Drosophila melanogaster, se han descrito 9 genes Hox, ubicados en el cromosoma 3. Par el caso de mamíferos como el ratón y el humano, se han observado 4 grupos de genes Hox, ubicados en diferentes cromosomas (2, 6, 11 y 15 en ratones; 2, 7, 12 y 17 en humanos). Estos grupos se denominan HoxA, HoxB, HoxC y HoxD y se originaron, probablemente, por la duplicación de los genes Hox ancestrales (imagen modificada del artículo original: "Embryology and bony malformations of the craniovertebral junction").

En el campo de la biología del desarrollo y la genética, diversos estudios apuntan a un grupo de genes como principales responsables del desarrollo estructural del cuerpo animal: estos son los genes Hox o genes homeóticos (más información aquí). Estos genes se encuentran en todos los animales con simetría bilateral, y son responsables de darle identidad a cada segmento del cuerpo; es decir, determinar qué características estructurales tendrá cada región corporal. Dependiendo de qué gen se exprese en determinado segmento, este se desarrollará siguiendo un plan estructural específico, a lo que se denomina el "código Hox". Sin embargo, ocurre algo bastante curioso, y es que estos genes no solo se encuentran en los animales bilaterales, sino que también están presentes en aquellos con simetría radial, como las anémonas y medusas. ¿Cuál es la función de dichos genes en estos animales?

Por mucho tiempo esta pregunta se mantuvo sin respuesta, pero actualmente los biólogos creen tener una explicación. Luego de realizar experimentos en anémonas a las que se les "quitó" la funcionalidad de los genes Hox, los científicos se dieron cuenta de que estos son importantes no solo para determinar la identidad de los segmentos, sino también para la formación de estos, deducción hecha tras observar que las anémonas mutadas presentaban anomalías en la segmentación y el patrón de tentáculos (artículo en inglés, aquí). Cabe resaltar que en la vasta mayoría de animales bilaterales, la formación de los segmentos está a cargo de un grupo aparte de genes. En este sentido, todo parece indicar que durante el proceso evolutivo, los genes Hox ancestrales fueron especializándose y "delegando" funciones.

¿Existen más genes que sean importantes para la bilateralidad? Al parecer, sí. En un estudio realizado por Peter Heger y su equipo (artículo en inglés aquí), se encontró que existen aproximadamente 157 genes específicos de animales con simetría bilateral. Algunos de estos genes forman parte de procesos como el del sistema nodal, importante en la diferenciación celular y en la especificación del eje derecha-izquierda durante el desarrollo embrionario; otros codifican la información de ciertos componentes importantes para desarrollo del sistema nervioso; otros participan en la regulación de diversos genes y, sorpresivamente, un grupo resultó estar compuesto por genes cuya función no había sido considerada de importancia en el fenómeno de la bilateralidad (sí, totalmente inesperado).

La existencia de un conjunto de genes responsables de las principales características de los animales bilaterales, podría llevarnos a deducir que existe una relación causal, y aunque no tendría qué ser así necesariamente, Heger y su grupo consideran que sí. Debemos tener presente que los mecanismos de la evolución deducidos a partir de lo que se conoce hoy en día, pueden poseer grandes sesgos; pero, mientras más evidencias respalden una hipótesis, más sólido será su soporte.

Luego de este repaso sobre la simetría bilateral, sus explicaciones e implicaciones... ¿se siente usted capaz de entender por qué tenemos la cabeza y las extremidades exactamente donde están? 

Seguramente la próxima vez que se vea en un espejo, no se verá de la misma manera. 

BONUS:

Aquí les dejo una breve animación hecha por mi, donde se observa las principales características que diferencian a los animales con simetría radial (eje central) de aquellos con simetría bilateral (plano de simetría). 

¡Disfrútenlo!