Cómo una sola célula sabe dónde construir un ojo
Un óvulo fecundado no tiene ojos, ni corazón, ni izquierda o derecha. Sin embargo, en pocas semanas produce un cuerpo en el que cada órgano ocupa el lugar correcto. ¿Cómo sabe una célula que nunca ha visto un cuerpo dónde va el ojo? Esa pregunta, popularizada en la plataforma china de preguntas y respuestas Zhihu, ha mantenido ocupados a los biólogos del desarrollo durante más de un siglo.
La primera pista provino de una observación engañosamente simple sobre el color. La mayoría de los animales con pelaje o piel de dos tonos son oscuros en el lomo y claros en el vientre. El patrón es tan común —ratones, ciervos, peces, aves— que debe estar escrito en las reglas del desarrollo en lugar de aprenderse. La razón es química. Las células del lomo y las del vientre se encuentran en entornos diferentes, y cada una libera moléculas señalizadoras distintas. Esas moléculas se difunden y forman gradientes, y una célula lee la concentración local para decidir en qué se convertirá. El color es simplemente el gradiente más fácil de ver.
Esta idea tiene una famosa historia de origen. En la década de 1920, el embriólogo alemán Hans Spemann y su estudiante Hilde Mangold trasplantaron un pequeño fragmento de tejido de un embrión de anfibio a otro. El tejido injertado no solo sobrevivió. Indicó a las células circundantes que construyeran un segundo eje corporal completo, produciendo un renacuajo con dos cabezas. El fragmento se conoció como el organizador, y el experimento ganó un Premio Nobel. Demostró que los embriones no se construyen a partir de un plano fijo, sino de conversaciones entre células.
La genética moderna completó el vocabulario. Un pequeño conjunto de genes —con nombres como Hox, Pax6 y Sonic hedgehog— actúan como coordenadas a lo largo del cuerpo. Pax6, por ejemplo, ayuda a activar la formación del ojo. Sorprendentemente, el mismo gen cumple esa función en moscas de la fruta, ratones y humanos. Actívalo en el lugar equivocado en una mosca y crecerá un ojo en una pata. La evolución reutiliza el mismo conjunto de herramientas una y otra vez, cambiando solo cuándo y dónde se activa cada gen.
Los gradientes explican más que el color. Una extremidad en desarrollo necesita saber qué extremo es el hombro y cuál la punta del dedo. Un tubo neural necesita saber qué lado se convertirá en el cerebro y cuál en la médula espinal. En cada caso, un pequeño grupo de células libera una señal, la señal se difunde y las vecinas responden según cuánto les llega. Se parece menos a un plano y más al clima: patrones que emergen de reglas locales.
Los científicos en China y en otros lugares ahora cartografían estas señales célula por célula, utilizando marcadores fluorescentes y secuenciación de células individuales para observar el desarrollo de los embriones en tiempo real. El trabajo tiene peso práctico. Comprender cómo se posicionan los órganos ayuda a los investigadores a cultivar tejido de reemplazo a partir de células madre, y ayuda a explicar por qué ocurren algunos defectos congénitos cuando un gradiente es demasiado débil, demasiado fuerte o está desplazado.
La vieja pregunta —cómo sabe una célula dónde va el ojo— ahora tiene una respuesta parcial. En realidad, no lo sabe. Percibe a sus vecinas, lee la química que la rodea y sigue reglas que la evolución ha estado perfeccionando durante cientos de millones de años. El cuerpo no es un plano. Es un acuerdo.