Rastreando el Pasado I: “El Origen de los Animales”

Creo que unas de las preguntas que más han persistido a lo largo de la humanidad, a las cuales muchas religiones y muchos científicos han intentado dar respuesta y que, pese a lo que te dediques, creas o pienses, seas evolucionista o creacionista, apoyes a la teoría fisicoquímica de Oparin y Haldane o a la panspermia de Arrhenius, siguen formando parte de tu curiosidad diaria, son las preguntas acerca del origen de todo lo que te rodea, tanto cosas naturales como las fabricadas por el hombre.

Entre las preguntas más sonadas en las mentes de los curiosos pueden destacarse tres grandes incógnitas:

–          El origen del hombre y la capacidad de razonamiento

–          El origen de la vida y la diversificación de ésta

–          El origen del universo, el Sistema Solar y la Tierra

Cada una de estas tres incógnitas han sido innumerablemente abordadas por muchísimas personas de distintas profesiones a lo largo de la vida; desde las primeras religiones, pasando por los grandes filósofos griegos, los extraordinarios físicos de finales de la Edad Media y los extraordinarios naturalistas de la Edad Moderna, que encontraron la manera de plasmar sus ideas  “revolucionarias” acerca de la vida y el universo, aún bajo la intimidantemente mirada de la iglesia, hasta llegar finalmente a los físicos y biólogos contemporáneos, entre otros profesionistas,  que actualmente siguen abordando estos temas intentando buscar una respuesta a todas estas preguntas.

Sin embargo, dentro de la biología esa búsqueda sobre el origen de la vida se ha sesgado en apartados más específicos; algunos trabajan el origen de la vida misma, la búsqueda del famoso por algunos, LUCA (Last Universal Common Ancester), otros el origen de algún grupo taxonómico que trabajen, como el origen de las plantas con flor, el origen de los artrópodos, de los líquenes, de los hongos, de la mosca que pasa todos los días por tu casa, e infinidad de orígenes de grupos grandes o pequeños que como parte de tu línea de investigación, te cause curiosidad. Es por ello, que a partir de hoy inauguro una secuencia de entradas a las cuales he llamado “Rastreando el Pasado” donde les hablaré sobre el origen de diversos grupos de seres vivos.

Pues entre tantos orígenes que se pueden abordar, hoy vengo a hablarles del origen de los Metazoa, o mejor conocidos como animales, que no solo tiene importancia en el conocimiento del origen de éstos, sino también, cómo fue que se dio el cambio de la unicelularidad a la multicelularidad.

Uno de los fenómenos más espectaculares en el registro fósil es la aparición y diversificación repentina de casi todos los grupos que conforman el reino animal en un breve lapso de 30 millones de años –la transición entre el Precámbrico y el Cámbrico-  que se conoce como “La Explosión Cámbrica” (Fig. 1); episodio en la historia de la vida por la cual a muchos científicos les surgió la duda de cómo es que aparentemente se originaron y se diversificaron los animales en un lapso de tiempo tan pequeño.

Figura 1. Fauna del Cámbrico

Teniendo ya estos supuestos en mente, empezaron las ideas, teorías y debates acerca del origen de los metazoarios y es donde surgen dos grandes teorías acerca del origen animal y que en la actualidad siguen teniendo argumentos fuertes que apoyen ambas teorías.

Una de estas teorías, postulada por Hadzi y Hanson en las décadas de los 50’s y60’s, es la conocida como la Teoría Sincicial. En esta teoría sugieren que el origen de los animales se encuentra en un protozoario ciliado, multinucleado y de simetría bilateral el cual tenía un estilo de vida bentónico (que vivía en los suelos oceánicos) y se arrastraba con su ranura oral cara al substrato mientras se alimentaba de partículas nutritivas que se cruzaban a su paso. Ellos proponen que en un momento, estos ciliados bilaterales compartamentalizaron los núcleos cercanos a la superficie de éste, con la formación de membrana celular alrededor de los núcleos y desarrollando una capa celular epidérmica que rodeaba a una masa sincicial (Fig. 2) (un sincicio es una célula o “masa” multinucleada que se puede formar por fusión de varias células o por divisiones celulares incompletas, pues no se forman membranas celulares que compartamentalicen las células hijas resultantes de la mitosis).

Figura 2. Plathelminto

El resultado de la creación de esta capa epidérmica, así como otros cambios, dieron lugar a un organismo similar a un organismo acelomado (sin celoma; el celoma es la cavidad formada por el mesodermo en la cual se  desarrollan y se albergan gran parte de los órganos) parecido a un gusano plano (Plathelmynthes, Nemertea, Gnathostomulida), la figura ancestral del cual el resto de los animales se derivaron (Fig 3).

Figura 3. Teoría Sincitial

Los principales argumentos que apoyan esta teoría tienen sus bases en la similitud entre los ciliados modernos y los gusanos planos (forma, tamaño, posición de la boca y simetría) y la superficie ciliada por lo menos en algunos estados larvarios de los gusanos planos. Sin embargo, parte de las objeciones que se le imponen a esta teoría radican en materia del desarrollo y complejidad a varios niveles de organismos adultos. La condición acelomada de los gusanos planos deriva de un desarrollo embrionario complejo, cosa que no ocurre en ciliados, además de que el interior de los gusanos planos no es sincicial. Esta teoría sugiere que los gusanos planos son los primeros ancestros de los metazoarios, lo que nos deja de cierta manera pensar que los cnidarios y ctenóforos, que tienen una apariencia y estructura supuestamente más primitiva, derivan de los gusanos planos.

La otra teoría, la Teoría Colonial se basa en las ideas que inicialmente postuló Ernst Haeckel en 1874, el cual, apoyándose en su ya muy conocida teoría de la recapitulación -que se resume a la frase de “La ontogenia recapitula a la filogenia”- propone que una colonia de protistas flagelados dieron lugar a un ancestro metazoario planuloide. Esta colonia ancestral de protistas conformaba una esfera hueca de células flageladas que de cierta manera desarrolló un cierto grado de orientación antero-posterior de locomoción y evolucionó a un cierto nivel de especialización celular que permitió la diferenciación de células con funciones somáticas y reproductivas, condiciones que suelen desarrollarse en protistas coloniales. Haeckel llamó a este ancestro protometazoario hipotético como blastea y se apoyó en la existencia generalizada de la celoblástula en el desarrollo embrionario de varios animales modernos (es aquí donde se observa las influencias de su teoría de la recapitulación). En este ‘escenario’ el primer metazoario surge por una invaginación de la blastea, resultando que estos animales desarrollaran un cuerpo de doble capa celular semejante a la gástrula embrionaria, con un orificio similar al blastoporo que se abría hacia el exterior. A este segundo ancestro Haeckel lo llamó gastrea–bastante original el nombre- (Fig. 4).

Figura 4. Teoría Colonial. Arriba, hipótesis de Haeckel, abajo hipótesis de Metschinkoff.

Como les había comentado, Haeckel creía que estas creaturas ancestrales eran recapituladas en la ontogenia de los animales modernos y además que la gastrea era el precursor metazoario de los cnidarios.

Figura 5. Hipótesis de Bütschli

Posteriormente las ideas de Haeckel fueron modificadas o complementadas a lo largo de los años por varios científicos que investigaban la ancestría de una colonia de protistas para la condición metazoaria. Entre las modificaciones que se les hizo, destacan las aportaciones de Metschinkoff en 1883 y de Hyman en 1940. Algunos argumentan que la transición a un nivel de organización en capas celulares se debió a la ingresión más que a la invaginación, basándose en la formación de la gastrulación en cnidarios; esta idea coloca ya al ancestro metazoario no como una esfera hueca, si no sólida.

Una interesante aportación a esta teoría fue hecha por Bütschli en 1883. El propone que el metazoario primitivo era una creatura aplanada de simetría bilateral formada por dos capas celulares; llamando a este animal hipotético plakula (Fig. 5). De acuerdo con Bütschli, la plakula se arrastraba por el suelo ingiriendo comida a través de su capa ventral; eventualmente, la capa dorsal se fue separando de la ventral, formando una estructura hueca que permitió la formación de una cavidad gástrica que incrementaba la superficie de digestión, la producción de células interiores y exteriores y el arreglo cercano al grado de complejidad de los metazoarios.

Figura 6. Esquema de una colonia de coanoflagelados

Esta teoría actualmente es apoyada por bastante evidencia que apunta a los coanoflagelados como el grupo ancestral del que surgieron los metazoarios. Estos protistas flagelados  (Fig. 6) poseen estructuras en forma de collar que presentan una gran similitud a las células que conforman la pared interna de las esponjas (Fig. 7). Igualmente, existen organismos como los Placozoa (Fig. 8) que asemejan a esas creaturas hipotéticas de las cuales habló Bütschli, un organismo multicelular, aplanado dorsoventralmente que se alimenta atrapando partículas alimenticias mediante invaginaciones de su capa ventral. Esta teoría coloca a los organismos de simetría radial (cnidarios o medusas y ctenóforos) como los organismos más ancestrales, y la adquisición de la bilateralidad como un carácter más avanzado, ligado a la cefalización del sistema nervioso.

Dando ya las bases de estas dos teorías, podemos notar algo a simple vista, no queda duda de que los metazoarios derivan de algún protozoario, el problema es ¿cuál? La idea de buscar entre los organismos vivos posibles figuras que nos hagan referencia a los ancestros comunes, en lo personal me resulta algo absurdo; sin embargo, muchos científicos buscan reforzar las hipótesis sobre el origen animal buscando similitudes entre los animales y protozoarios modernos.  Sin siquiera pensar que muy probablemente los ancestros más directos, de donde derivaron los primeros metazoarios, se hayan extinguido sin dejar rastro en el registro fósil. Esto es lo que probablemente sucedió con el fenómeno de la explosión cámbrica; antes de este famoso periodo, la población animal era escasa, apenas empezaba, por lo tanto al haber un número reducido de individuos la probabilidad de que alguno quedara plasmado en el registro fósil era muy baja. Las poblaciones empezaron a expandirse y a ganar número rápidamente, los animales se diversificaron y al haber ya un mayor número de organismos había mayor probabilidad de que éstos quedaran plasmados en el registro fósil. Al ser la mayoría de los animales de esa época, organismos de cuerpo blando, la preservación de un registro fósil de éstos animales era también más complicado, quedando por lo general meras impresiones de su existencia sobre las rocas.

Figura 7. Anatomía de un Porífero. Se observan los coanocitos

El simple hecho de intentar explicar como de un organismo bilateral surgen por un lado organismos radiales y como por otro se continúa la bilateralidad es más complejo, a mi punto de vista que el explicar como de organismos asimétricos como las esponjas surjan organismos de simetría radial y como de éstos poco a poco se logra la bilateralización como consecuencia de la cefalización del sistema nervioso (¿o será que, más bien la cefalización del sistema nervioso sea consecuencia de la bilateralidad?). Es por ello que la teoría sincicial tiene poco apoyo en estos días.

Actualmente la teoría colonial ha ganado peso y se ha vuelto la favorita entre muchos, puesto que posee bastantes fundamentos, como las adoradas similitudes con organismos modernos, que le dan credibilidad a esta teoría. Apoya la posición de los poríferos como precursores de los metazoarios (similitud entre los coanoflagelados y los coanocitos de las esponjas) y a los cnidarios como organismos ancestrales de éstos últimos.

Figura 8. Placozoo

El único pero que ha surgido últimamente es el descubrimiento de fósiles de animales conocidos como la fauna ediacárica (Fig. 9), pertenecientes a un periodo a finales del precámbirco, donde se supone aún no había animales, abriendo un nuevo panorama de la fauna ancestral, puesto que estos fósiles presentan formas inusuales que actualmente no se observan y muchas otras que ya son más conocidas. Lo interesante de este registro fósil es que ya se observan organismos de simetría bilateral, lo que de cierta manera pone en duda que la simetría bilateral sea un carácter  reciente en comparación con la simetría radial.

En lo personal, siento que la presencia de estos fósiles no necesariamente ponen en duda la evolución de la simetría sino más bien que los organismos animales empezaron a diversificarse desde mucho antes, y que las formas radiales y bilaterales de estos organismos hacen referencia a esta misma diversificación y proceso de la bilateralización y no que la pongan en duda. Además, posterior al periodo ediacárico, llega el periodo criogénico, caracterizado por una glaciación que muy probablemente provocó la extinción de gran parte de estos animales ancestrales, lo que permitió que los sobrevivientes se expandieran y diversificaran de manera muy acelerada posiblemente por un fenómeno similar al efecto fundador, donde parte de una población ocupa el área de distribución de una especie extinta y ésta puede llegar a diversificarse y evolucionar, de esta manera se puede dar fundamento a la famosa explosión cámbrica y cómo fue que surge, aparentemente, de manera repentina.

Por último, estimados lectores los invito a que comenten lo que ustedes piensan en referencia al tema, que teoría les agrada más y si están de acuerdo o no en buscar formas ancestrales en animales modernos.

Figura 9. Fauna Ediacárica

Fuentes:
– Brusca & Brusca. (2003) Invertebrates. Segunda Edición. Sinauer Associates.

Imágenes:
Fig. 1 http://www.astrobio.net/albums/origins/agb.jpg
Fig. 2 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1e/Pseudoceros_dimidiatus.jpg/250px-Pseudoceros_dimidiatus.jpg
Fig. 3 Brusca & Brusca. (2003) Invertebrates. Segunda Edición. Sinauer Associates.
Fig. 4 Brusca & Brusca. (2003) Invertebrates. Segunda Edición. Sinauer Associates.
Fig. 5 Brusca & Brusca. (2003) Invertebrates. Segunda Edición. Sinauer Associates.
Fig. 6 http://content8.eol.org/content/2008/12/10/21/45109_large.jpg
Fig. 7 http://www.kalipedia.com/kalipediamedia/ cienciasnaturales/media/200704/17/delavida/20070417klpcnavid_44.Ees.SCO.png
Fig. 8 http://genome.jgi-psf.org/Triad1/placozoan_signorovitch.jpg
Fig. 9 http://guiriland.files.wordpress.com/2011/03/ediacaran.gif

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3 comentarios el “Rastreando el Pasado I: “El Origen de los Animales”

  1. El buscar semblanzas entre animales extintos y modernos, en lo personal, me parece muy complicado e inclusive absurdo. Para empezar las condiciones ambientales no son las mismas y para terminarla de amolar, NI SIQUIERA LOS DÍAS SON IGUALES (Por ahí del cámbrico, tengo entendido que era de 21 horas).

    Como bien dice VICKRAM, eran animales de cuerpo blando y muy difícilmente dejaron registros fósiles. Desde mi punto de vista, se podría encontrar como fueron evolucionando los metazoarios, pero nunca saber como eran.

    Buena entrada, y creo que necesito leer un poco más de biología jejejejeje

    SALUDOS

  2. Bueno, antes que nada, déjame aplaudir a esta entrada, pues ha quedado muy bien.
    Ahora, sobre las dos teorías, la verdad no sé cual apoyar, pues para ser sincero yo ni siquiera estaría tan seguro de que los mesozoa y el resto de los animales tienen el mismo origen; pero considerando que sí, yo me voy más por la de Bütschli.
    Respecto a las formas ancestrales… cielos, podemos irnos a nombrar los caracteres que sean diagnósticos de los animales, pero de ahí a estar describiendo el origen de los animales hay un abismo. Yo no estoy de acuerdo con lo de comparar animales extintos con los actuales porque, si mal no recuerdo, en el cladismo se utilizan tanto las especies actuales como las fósiles como punta de una rama, a diferencia del evolucionismo que considera a los fósiles como ancestros directos de los seres actuales. Yo confío en las filogenias moleculares, pero creo que hay preguntas como esta que simplemente no se podrán resolver.

    • Creo que todo esto es parte del “paquete” de trabajar cuestiones no tanto de evolución, si no más bien de origen. Gran parte del revuelo que causa el conocer el origen animal es este escaso registro fósil de antes del Cámbrico, o actualmente ya, de antes del periodo Ediacárico, que al parecer, en vez de resolver algunas dudas, logró que se generaran más. Yo sí apoyo un origen monofilético para los Metazoarios, mas no dudo que haya habido varios intentos de multicelularidad con diferenciación celular antes de que el ancestro metazoario surgiera y empezara a diversificarse

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