¿Por qué somos de diferentes tamaños?
El equipo de investigación describe la interacción de los factores ambientales y la regulación interna para determinar el crecimiento de un organismo.
El tamaño del cuerpo de un ser vivo tiene un impacto directo en su forma física, desde los organismos animales y vegetales más simples hasta los seres humanos. El tamaño o la altura individual es, por lo tanto, un criterio importante para la capacidad de un organismo de tener éxito en la competencia por los recursos o la reproducción. Básicamente asumimos que existe información genética similar dentro de una especie, lo que en teoría debería conducir a tamaños corporales relativamente uniformes. Sin embargo, dentro de límites fisiológicos específicos, los individuos de la mayoría de las especies crecen a tamaños muy diferentes, por lo que el tamaño también debe depender de otros factores. Pero hasta la fecha apenas se ha investigado con precisión qué parámetros regulan el crecimiento a nivel molecular. Ahora, los científicos del Instituto Zoológico de la Universidad de Kiel (CAU) han podido demostrar cómo los factores ambientales y los procesos internos de regulación controlan conjuntamente el crecimiento del cuerpo, utilizando el ejemplo del pólipo de agua dulce Hydra. Los investigadores de Kiel demostraron que la temperatura ambiente activa las vías de señalización molecular específicas del proceso de crecimiento y, por lo tanto, participa en la determinación del tamaño. Además, demostraron que los factores genéticos también utilizan vías de señalización idénticas, lo que también contribuye a la regulación del tamaño en los cnidarios.
Algunos ejemplares de la Hidra cnidaria demostrando los efectos de los factores ambientales y de la regulación interna sobre el crecimiento corporal.
© Dr. Benedikt Mortzfeld
Interacción entre la regulación ambiental y la regulación interna
Desde el punto de vista biológico celular, el tamaño de un organismo adulto es el resultado de tres variables: la duración de su crecimiento, el número absoluto de las células resultantes y el tamaño individual de todas estas células, que juntas forman el organismo maduro. En el curso de este proceso de crecimiento característico, el organismo debe ser capaz de medir su tamaño actual y el logro de su tamaño máximo. En su estudio, los investigadores de la CAU se centraron inicialmente en la regulación del número de células de la hidra cnidaria.
"Hemos observado que Hydra produce hasta un 83 por ciento más de células a bajas temperaturas ambiente", explica el Dr. Jan Taubenheim, cuya investigación doctoral en el campo de la biología celular y del desarrollo se ha incorporado a la presente publicación. "También hemos logrado identificar las vías de señalización molecular específicas que influyen en el número de células y, por lo tanto, producen animales más grandes a temperaturas más bajas", subrayó Taubenheim, que actualmente es investigador asociado de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf. Estas señales llamadas Wnt y TGF-beta están implicadas, por ejemplo, en el desarrollo embrionario y la diferenciación celular. Su interacción con la temperatura ambiente y el crecimiento en tamaño era desconocida anteriormente. "Las señales Wnt también determinan la transición del crecimiento a una fase estacionaria en Hydra. Por lo tanto, sospechamos que sirven al organismo como un instrumento de medición para determinar su propio tamaño, antes de que deje de crecer", dijo el Dr. Benedikt Mortzfeld, quien también obtuvo su doctorado en biología celular en la CAU, y actualmente trabaja como investigador científico en la Facultad de medicina de la Universidad de Massachusetts en Worcester.
La influencia de los genes
Además de la temperatura ambiente, cierta información genética también contribuye a la regulación del tamaño en los cnidarios. Los genes responsables de la llamada vía de señalización de la insulina determinan conjuntamente el crecimiento, entre otras cosas controlando el número de células durante la fase de crecimiento. En un análisis funcional de genes, el equipo de investigación de Kiel también pudo demostrar que el desconectar los genes responsables de esta vía de señalización condujo a tamaños corporales hasta un 41 por ciento más pequeños en los pólipos. Así, un papel importante en los procesos de regulación celular del crecimiento lo juega también la información genética. "Los factores ambientales y los factores genéticos tienen efecto uno tras otro en un proceso de múltiples pasos, en una secuencia jerárquica fija, y se basan en los mismos mecanismos de regulación celular", resumió el profesor Thomas Bosch, portavoz del Centro de Investigación Colaborativa de la CAU (CRC) 1182 "Origen y Función de los Metaorganismos". "De este modo, controlan conjuntamente el número y el tamaño de las células, así como la duración de la fase de crecimiento, y gracias a su interacción facilitan una gran variabilidad, lo que da lugar a tamaños corporales muy diferentes de los organismos adultos", continuó Bosch.
La regulación del tamaño: ¿un principio común?
Los nuevos hallazgos sobre la regulación del crecimiento de tamaño en el organismo modelo Hydra contribuyen a la identificación de principios universales en organismos multicelulares. Ciertas similitudes en las vías de señalización llevan a los investigadores a sospechar que los diferentes organismos incorporan las influencias del medio ambiente y la genética de una manera muy similar en su regulación de tamaño interno. El siguiente paso importante será investigar también la influencia de la colonización bacteriana del cuerpo en los procesos de control subyacentes. "Sospechamos que los microorganismos simbióticos del cuerpo también están inextricablemente ligados a la regulación del desarrollo individual y, por lo tanto, al crecimiento en tamaño de un organismo", dijo Bosch. En el futuro, los científicos quieren examinar esta posible participación más de cerca en el marco de la CRC 1182, con el fin de obtener una mejor comprensión de la regulación del tamaño en los organismos, resumió Bosch.
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