Las proezas regenerativas de los ajolotes en peligro de extinción
Publicado originalmente por Greta Friar, Whitehead Institute for Biomedical Research, el 8 de abril de 2024
El ajolote (Ambystoma mexicanum) es una especie de salamandra en peligro crítico de extinción. La especie sólo tiene un hábitat natural, una serie de canales de Ciudad de México, y se calcula que sólo quedan entre 50 y 1.000 ajolotes viviendo allí.
Sin embargo, los ajolotes se han hecho populares como animales de compañía y como organismos modelo en investigación, por lo que ahora se pueden encontrar en todo el mundo descendientes de ajolotes recogidos en Ciudad de México hace muchos años. Los ajolotes son altamente regenerativos, capaces de regenerar miembros enteros, y este aspecto de su biología interesa a muchos investigadores, entre ellos algunos del Instituto Whitehead.
Una extraña salamandra
Los ajolotes son conocidos por su extraño aspecto: Parecen en parte lagartos y en parte peces, con una larga cola con aletas que les sirve para impulsarse por el agua, extremidades diminutas y una corona de branquias plumosas como vigorosos helechos que se retuercen a los lados de la cabeza. Esta extraña combinación de rasgos, junto con su boca ancha y curvada, que hace que los ajolotes parezcan estar siempre sonriendo, ha cautivado a gente de todo el mundo. Los ajolotes son populares como mascotas, juguetes, disfraces de Halloween y mucho más.
El singular aspecto de los ajolotes se basa en una biología poco común. Los ajolotes son salamandras, un tipo de anfibio. Los anfibios son conocidos por pasar parte de su vida en el agua y parte en la tierra, metamorfoseándose a medida que crecen para cambiar entre rasgos que favorecen cada ecosistema, como un renacuajo que se convierte en rana. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de las salamandras, los ajolotes permanecen en su forma acuática juvenil durante toda su vida: renacuajos permanentes o Peter Pans de la naturaleza.
El pariente más cercano del ajolote, la salamandra tigre, tiene un ciclo vital más típico. La salamandra tigre comienza su vida en el agua, con rasgos acuáticos, pero acaba metamorfoseándose en una forma terrestre. Su forma adulta es más adecuada para la vida terrestre, con extremidades más grandes que pueden sostener el cuerpo en tierra, una cola redonda sin aletas y pulmones más grandes que sustituyen a las branquias.
El antepasado del ajolote compartía este ciclo vital metamórfico, pero en algún momento la especie evolucionó para permanecer en el agua, y por tanto en su forma juvenil, durante toda su vida. Se desconocen las causas exactas de este cambio evolutivo. Uno de los factores que contribuyeron a ello es que las aguas de origen del ajolote, un conjunto de lagos de Ciudad de México, tienen agua todo el año, mientras que muchas salamandras comienzan su vida en charcas vernales que se secan estacionalmente, lo que obliga a las salamandras a hacer la transición a la vida en tierra.
También es posible que la tierra que rodeaba los lagos de los ajolotes fuera un ecosistema mucho peor para ellos que el agua, con demasiadas amenazas o muy pocos recursos, por lo que permanecer en el agua era una alternativa mejor. Sea lo que sea lo que llevó a los ajolotes a hacer este cambio evolutivo, la especie conserva ahora su estilo de vida acuático -y su aspecto juvenil- de por vida.
La forma juvenil permanente del ajolote es también altamente regenerativa. Los ajolotes pueden perder una extremidad entera y hacerla crecer de nuevo. También pueden regenerar partes de órganos importantes, como el corazón, el hígado, los ojos e incluso el cerebro.
Estas capacidades regenerativas son las que hacen del ajolote un tema tan interesante para investigadores como Peter Reddien, miembro del Instituto Whitehead, y Conor McMann, estudiante de postgrado en su laboratorio. Reddien estudia la biología de la regeneración en muchas especies para comprender sus principios y mecanismos básicos. Recientemente, el laboratorio de Reddien ha añadido los ajolotes a su lista de especímenes regenerativos con un proyecto de investigación dirigido por Conor.
Aprender cómo lo consiguen animales capaces de realizar increíbles proezas de regeneración, como hacer crecer miembros enteros, ayuda a los investigadores a comprender los requisitos de la regeneración. Esto podría servir de base a estrategias de medicina regenerativa para mejorar la curación humana o incluso estimular la reparación regenerativa.
Crédito: Instituto Whitehead de Investigación Biomédica
¿Por qué se regenera la extremidad de un ajolote y no la de un mamífero?
Muchos anfibios tienen capacidad regenerativa, pero ¿por qué los ajolotes se han convertido en el anfibio de referencia para la investigación de la regeneración? Los ajolotes son fáciles de criar y mantener en el laboratorio, así como de recolectar huevos y embriones. Hay linajes establecidos de ajolotes con diferentes rasgos de ingeniería y un centro de reservas, el Ambystoma Genetic Stock Center de la Universidad de Kentucky, que puede proporcionar a los investigadores ajolotes que se ajusten a sus necesidades.
El genoma del ajolote está completamente secuenciado y ya existen muchas herramientas para experimentar con su expresión génica. En gran parte, la popularidad del ajolote se debe a que se ha convertido en una entidad familiar para los investigadores, un destino un tanto irónico si se tiene en cuenta que, al mismo tiempo, los ajolotes han ido desapareciendo de la naturaleza.
Dato curioso: el genoma del ajolote es enorme, unas 10 veces mayor que el genoma humano.
Por último, las similitudes del ajolote con el ser humano, más que sus rasgos únicos, son otra de las características que lo convierten en un organismo modelo tan bueno. Otras especies tienen mayores capacidades regenerativas; el principal organismo modelo del laboratorio Reddien, el planario, por ejemplo, es un gusano plano que puede regenerar todo su cuerpo a partir de un pequeño trozo restante del original.
Sin embargo, la mayoría de estas especies están muy alejadas de los humanos, tanto en el árbol evolutivo como en la forma de su cuerpo. Los ajolotes son vertebrados (es decir, tienen columna vertebral y esqueleto) con cuatro extremidades, lo que permite compararlos con los humanos y los ratones, el mamífero más utilizado como modelo para los humanos en investigación.
Conor estudia los ajolotes en comparación con los ratones: observa la expresión génica en las extremidades posteriores de cada especie tras una lesión y busca ciertos puntos en común. Su esperanza es conocer mejor los genes y las vías que utilizan los ajolotes para regenerar una extremidad, y cuáles de esos genes y vías siguen presentes en los ratones, lo que sugeriría que también pueden estar presentes en los humanos.
Cuando los investigadores descubren que dos o más especies lejanamente emparentadas recurren al mismo mecanismo para regenerarse, esto sugiere que el mecanismo puede haber sido heredado de un antepasado común; es más probable que rasgos similares y complejos hayan evolucionado una vez en un árbol evolutivo que en varios casos distintos.
Por eso, cuando Conor estudia cómo se regeneran los ajolotes, gran parte de lo que busca es si utilizan genes y procesos biológicos que también existen de alguna forma en ratones y humanos.
Los mecanismos compartidos que Reddien y otros investigadores han identificado hasta ahora entre especies sugieren que un antepasado lejano de los humanos -el antepasado que los humanos comparten con todos los animales de simetría bilateral- era mucho más regenerativo que nosotros.
Si los seres humanos conservan parte de las vías regenerativas que utilizaban nuestros antepasados, es más probable que algún día los investigadores puedan hacer posible algún nivel de curación regenerativa en los seres humanos, algo parecido a lo que ocurre cuando es más fácil recrear una receta si se tiene acceso a la mayoría de los ingredientes originales que si hay que reinventarla con ingredientes totalmente nuevos.
Según Conor, hay tres ingredientes principales que los investigadores del laboratorio Reddien han observado que son necesarios para la regeneración: "Se necesitan células capaces de reconstruir el tejido que falta. Se necesita información posicional capaz de dirigir la forma y el tamaño adecuados del nuevo tejido a medida que crece. Y se necesitan diversos grados de señalización en el lugar de la herida para orquestar e iniciar todos estos procesos".
Cuanto mejor caractericen los investigadores la biología de esos tres factores en vertebrados como el ajolote y el ratón, mejor comprenderán cuál es la receta de la regeneración en vertebrados y qué ingredientes faltan en los humanos. Con suerte, esto podría conducir algún día a nuevas estrategias de medicina regenerativa.
El ingrediente necesario para la regeneración en el que se centra Conor es la información posicional, es decir, la información que utiliza un organismo para "recordar" el plano correcto de su cuerpo y hacer crecer tejido nuevo de acuerdo con él.
Todos los animales utilizan sistemas de información posicional durante su desarrollo para dirigir la formación original de sus cuerpos hacia la forma correcta. En las planarias, este sistema se mantiene durante toda la vida: Reddien y sus colegas han descubierto que ciertos genes expresados en el tejido muscular de las planarias mantienen un sistema GPS que indica a las células dónde ir y en qué convertirse para reconstruir las partes del cuerpo que faltan de acuerdo con la forma original del cuerpo.
Así es como, cuando una planaria pierde la cola, las células que repoblan ese espacio saben que allí debe crecer una cola, en lugar de una cabeza, así como el tamaño que debe tener la cola para adaptarse al resto del cuerpo.
Los investigadores del laboratorio Reddien han descubierto que especies lejanamente emparentadas con las planarias utilizan el mismo tipo de sistema de información posicional para guiar la regeneración, lo que sugiere que dicho sistema existía en el antepasado de la mayoría de los animales modernos. Hay pruebas de que los vertebrados han conservado algunos aspectos de este sistema de información posicional.
Conor trata ahora de averiguar qué parte del sistema de información posicional permanece en los vertebrados adultos. Le interesan especialmente los genes que tienen ese patrón en las células del tejido conjuntivo -el tejido conjuntivo es el material de andamiaje, unión y acolchado del cuerpo, como el colágeno y el cartílago-, que parecen haber asumido en los vertebrados el papel de GPS ancestral propuesto para el músculo.
"Si existe un sistema sólido de información posicional en los tejidos adultos de estos organismos, no es que la medicina regenerativa fuera a ser fácil, pero sin duda sería más fácil", afirma Conor.
"Volver a añadir a los humanos un sistema de coordenadas posicionales que pueda informar de las formas que se requieren tras una herida sería realmente complicado. Averiguar qué tenemos en términos de sistema GPS en nuestros tejidos adultos no conducirá inmediatamente a soluciones regenerativas, pero creo que será un requisito previo si alguna vez va a ser posible la regeneración de extremidades en humanos."
Crédito: Instituto Whitehead de Investigación Biomédica
Ajolotes en libertad
Los ajolotes se encontraron originalmente en una serie de lagos de Ciudad de México (México). El ajolote tiene una importante historia cultural en México. Su nombre procede del dios Xolotl, que según la mitología azteca se escondía en forma de salamandra para evitar ser sacrificado. Los axoltoles han seguido apareciendo en el arte y la cultura mexicanos desde entonces. Hoy, incluso están representados en la moneda mexicana, en el reverso del billete de 50 pesos.
Si la especie es tan querida y está tan presente en los laboratorios de investigación y en los hogares de los dueños de mascotas, ¿por qué está en peligro crítico de extinción en su hábitat natural? El problema no es el animal: los ajolotes se reproducen muy bien y, en cautividad, aumentan rápidamente de población. El problema es que el hábitat natural del ajolote está desapareciendo y cada vez es menos hospitalario.
La mayoría de los lagos históricos de Ciudad de México han desaparecido debido a la actividad humana y a la degradación medioambiental. Los lagos se han desecado y desviado a lo largo de los siglos para evitar la inundación de infraestructuras humanas en la ciudad del valle bajo, así como para el riego. El hábitat de los ajolotes se ha reducido a una serie de canales que son lo que queda de uno de los lagos, el de Xochimilco.
La población de ajolotes salvajes ha experimentado un rápido descenso en las últimas décadas. Un estudio de los canales de Xochimilco realizado en la década de 1990 encontró miles de ajolotes por kilómetro cuadrado, mientras que un seguimiento de 2014 encontró sólo 35 por kilómetro cuadrado.
Entre las amenazas a su existencia se encuentran la contaminación y los depredadores invasores de los canales. Sin embargo, muchas personas están trabajando para reconstruir la población de ajolotes. Un gran esfuerzo de restauración dirigido por investigadores de la Universidad Nacional Autónoma de México ha atraído la atención y el apoyo mundiales.
Aunque el ajolote es cada vez más popular en todo el mundo, el corazón del esfuerzo por salvarlo sigue -y debe seguir- en Ciudad de México. Los lagos de esta ciudad son el único hábitat natural del ajolote, y los ejemplares que allí se encuentran son "silvestres", es decir, conservan la genética de la población silvestre original.
La mayoría de los ajolotes que se encuentran como mascotas o en laboratorios de investigación son en realidad híbridos, que se han cruzado con especies de salamandras emparentadas, como la salamandra tigre. Este mestizaje ha contribuido a aumentar la diversidad genética de la población de ajolotes en cautividad. Sin embargo, la hibridación también significa que, si se quiere conservar el ajolote silvestre, sólo se puede trabajar con ajolotes de los canales de Xochimilco y no se pueden reintroducir ejemplares de investigación o domésticos en la naturaleza.
La conservación de los ajolotes silvestres no es inmediatamente relevante para la investigación de Conor y Peter. El Instituto Whitehead tiene una próspera colonia de ajolotes, y sus genes de salamandra tigre no les impiden ser buenos modelos para la investigación de la regeneración. No obstante, preservar la biodiversidad es una causa importante para muchos investigadores en biología, tanto por el bien de las especies y los ecosistemas en juego como por el de futuras investigaciones.
"La diversidad biológica que existe en el reino animal es inmensa, y cuando esa diversidad se pone en peligro y perdemos la posibilidad de estudiarla, se limita mucho lo que podemos entender sobre todo el espectro de fenómenos biológicos", afirma Conor.
Hay un puñado de organismos modelo que se han caracterizado con mucho cuidado y se utilizan habitualmente, como los ratones y las moscas de la fruta, pero en cuanto se empieza a salir de los organismos modelo tradicionales, se ve rápidamente que la biología es capaz de mucho más de lo que se puede caracterizar en esos pocos".
"Cuando uno se topa con un organismo como el ajolote, tan extraño y tan singularmente capaz de un montón de proezas regenerativas, hace que uno se pregunte qué otros tipos de fenómenos biológicos se pierden de vista cuando las especies se extinguen".
Proporcionado por Whitehead Institute for Biomedical Research
Comentarios
Publicar un comentario