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El nuevo estudio revisa el desarrollo, origen evolutivo del cerebro vertebrado

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Los investigadores han hecho el primer mapa detallado de las regiones en las cuales el cerebro de uno de los organismos más estrechamente vinculados a los vertebrados se divide, y las cuales podríamos darnos una idea como de cuál era nuestro antepasado.

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Un estudio publicado recientemente en biología de PLOS proporciona la información que cambia substancialmente la idea que prevalece sobre el proceso de la formación del cerebro en vertebrados y vierte una cierta luz en cómo puede ser que se haya desarrollado.

Los hallazgos muestran que la interpretación mantuvo con respecto a las regiones principales formadas al principio del desarrollo vertebrado del cerebro no está previamente correcta. Esta investigación fue llevada en común por los investigadores José Luis Ferran y Luis Puelles del departamento de anatomía humana y del Psychobiology del UMU; Manuel Irimia del centro para la regulación Genomic (CRG), y Jordi García Fernández del departamento de la genética de la universidad de Barcelona.

El cerebro de un organismo invertebrado, amphioxus (a pescado-como chordate marino), cuyo lugar en el árbol evolutivo está muy cercano al origen de los vertebrados, fue utilizado para la investigación.

Usando los datos obtenidos, los investigadores han hecho el primer mapa detallado de las regiones en las cuales el cerebro de esta especie, que habita el fondo del mar y tiene una vida muy simple, se divide.

“Nos establecimos para entender como cuáles era el cerebro del amphioxus del cephalocordate. Es un organismo invertebrado muy simple, no obstante muy cerrarse a nosotros en términos evolutivos, por lo tanto nos da algunas penetraciones en cuanto a como lo que pudieron haber sido nuestros antepasados. Por lo tanto, comparando los territorios del cerebro vertebrado moderno al del amphioxus, nosotros analizábamos qué pudieron haber ocurrido para llevarlos para multiplicarse y cómo una estructura tan compleja fue formado en el curso de nuestra evolución,” explicamos al conferenciante del departamento de anatomía humana y del Psychobiology de la universidad de Murcia (UMU) José Luis Ferrán, uno de los investigadores.

“En este estudio, utilizamos genoarchitecture como nuestro marco experimental principal para determinar la regionalización del tubo de los nervios del amphioxus y para compararla a la de vertebrados. Dentro de este marco, generamos un mapa molecular de los modelos de la expresión génica en el amphioxus, cuyos homólogos se saben para ser implicados en el establecimiento y la regionalización de los cerebros vertebrados,” explicamos a Beatriz Albuixech-Crespo (departamento Genética, Microbiología y Estadística UB e IBUB), primer autor del artículo.

Un modelo nuevo que desmonta muchas ideas existentes

Este trabajo muestra que el cerebro de vertebrados debe haber formado inicialmente a partir de dos regiones (anteriores y posteriores), y no tres (forebrain, midbrain e hindbrain), según lo propuesto por el modelo prosomeric actual.

No se ha detectado ninguna corteza cerebral o región exclusiva que daba lugar a la formación del midbrain vertebrado en amphioxi. Sin embargo, un territorio común dentro del forebrain se ha encontrado, que él llamó las monedas de diez centavos (Di-Mesencephalic primordium), de las cuales el midbrain y otras estructuras importantes del forebrain clásico derivarían. El territorio de las monedas de diez centavos rindió tres regiones importantes del cerebro vertebrado que se utilizan para procesar la información sensorial.

“Las tres regiones cerebrales vertebradas de la obra clásica (tálamo, pretectum y midbrain) habrían emergido evolutionarily con la acción de los centros de señalización moleculares que llevan a la extensión y a la división de a Moneda de diez centavos-como la porción,” dijo a Manuel Irimia del centro para la regulación Genomic (CRG) de Barcelona, uno de los investigadores principales del estudio. Esto explica que si la función de estos centros de señalización, llamada los organizadores secundarios, se elimina en vertebrados allí permanece un solo territorio similar al que está observado en amphioxi.

El estudio de la formación de estas tres partes importantes del cerebro, que los vertebrados utilizan para procesar la información visual, auditiva o propioceptive (en la posición y el movimiento de las partes del cuerpo), es útil en la comprensión de cómo el cerebro se ha adaptado al ambiente y es capaz de la información de proceso alrededor de él.

Se ha probado la idea que estas regiones fueran formadas independientemente y que cada una de ellas ha dado lugar a otras regiones de ser incorrecta. “El cerebro no se ha desarrollado en el aislamiento, pero bastante con la interacción de estos animales primitivos con el ambiente,” aclaró al conferenciante del UMU.

En resumen, ambos cerebros, amphioxus y vertebrado, se dividen en dos regiones principales: anterior y posterior. En amphioxus, las fracturas anteriores de la región en dos ámbitos, mientras que en vertebrados se divide en muchas más porciones, incluyendo las tres regiones ya mencionadas que, en común, corresponderían a una de las partes del amphioxus.

Conocer la historia verdadera de la formación del cerebro y de la composición de sus estructuras podría tener un impacto a largo plazo importante, puesto que podría “ayudar a explicar por qué la composición y la función de una región se alteran. Por ejemplo, podría llevarnos a una mejor comprensión de enfermedades cerebro-relacionadas y porqué algunas regiones se afectan en común y no son otras,” concluyó al investigador de CRG.

La estructura del cerebro es el resultado de un proceso evolutivo

El cerebro humano ha experimentado un proceso evolutivo que comenzó hace unos 500 millones de años en los animales marinos que vivieron sumergido en la arena y que llevaron a su primer plan del edificio de sistema nervioso central. Este sistema ha sido modificado y es compartido progresivamente por todos los vertebrados modernos.

El estudio de las redes genéticas que han dado una identidad a las diversas regiones del cerebro desempeña un papel dominante en nuestra comprensión de cómo se han desarrollado. Por este motivo, el genoarchitecture es una herramienta potente para describir las regiones del sistema nervioso, las células y sus estructuras, permitiendo determinar qué genes son activos en cada territorio o región durante el desarrollo y caracterizar los límites entre ellos, así como definir, con la precisión extrema, cuántos diversos componentes originan de cada región. Es por lo tanto útil en la ayuda de nosotros reconocer, detalladamente, cómo el cerebro humano se asemeja al de otro vertebrado.