El surgimiento de nuevas estructuras durante la evolución ha emocionado a los biólogos por generaciones enteras. Comprender el porqué y el cómo de estas innovaciones anatómicas únicas nos ayuda a entender los secretos más ingeniosos de la naturaleza. Un ejemplo fascinante de eso es el oído externo de los mamíferos, cuyo origen exacto ha permanecido como un misterio para la ciencia.
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El pabellón auricular (u “oreja”, como lo llamamos) y el canal auditivo externo trabajan en conjunto para recoger y amplificar los sonidos, dirigiéndolos hacia el tímpano. Este diseño no solo mejora la audición, sino que en muchas especies también representa una herramienta versátil y distintiva, cargada de personalidad. ¿O quién no se enternece cuando el perro mueve las orejas de un lado a otro? Aunque los humanos hemos perdido esa capacidad, nuestras orejas siguen siendo extraordinariamente eficientes en su tarea.
Si bien tenemos hipótesis y entendemos su importancia funcional, la evolución precisa del oído externo sigue siendo una cuestión abierta en la ciencia. Los reptiles y las aves, por ejemplo, no tienen pabellones auriculares y sus oídos externos son simples aberturas protegidas por piel, escamas o plumas. Aunque pueden oír, no tienen la capacidad de amplificar sonidos como los mamíferos. En los anfibios, el oído externo es aún más básico, a menudo limitado a una abertura que lleva al tímpano. Y los peces no tienen oído externo. Detectan vibraciones y sonidos a través de su línea lateral y estructuras internas especializadas.
Dos investigaciones publicadas este 9 de enero en las revistas científicas Science y Nature revelan detalles sorprendentes sobre la composición de las orejas externas y cómo evolucionaron en los mamíferos.
Los secretos del cartílago
El primer estudio identifica las propiedades de una “especie única” de cartílago. Este tipo de cartílago, llamado lipocartílago, se distingue por contener grandes vacuolas lipídicas (pequeñas bolsas llenas de grasa), algo que lo diferencia de los tres tipos de cartílago clásicos (hialino, elástico y fibrocartílago).
Los investigadores sugieren que esta peculiaridad podría haber sido clave para la evolución de las orejas, proporcionando una combinación de resistencia y flexibilidad que permitió a los mamíferos desarrollar formas más eficientes de captar sonidos. Curiosamente, dicen los autores, esta característica fue observada por primera vez hace más de 150 años. Franz Leydig reconoció por primera vez los lipocondrocitos en 1854, cuando notó la presencia de gotitas de grasa en el cartílago de las orejas de las ratas de su laboratorio, pero fue un hallazgo que en gran medida se había olvidado hasta ahora, que fue estudiado en detalle.
Los investigadores encontraron también el proceso genético que protege las grasas almacenadas en el “nuevo” cartílago. Este proceso evita que las enzimas descompongan las grasas y reduce la absorción de nuevas moléculas, asegurando que las células llamadas lipocondrocitos mantengan sus reservas de grasa. Cuando estas grasas se eliminan, el cartílago pierde su flexibilidad y se vuelve rígido y quebradizo.
Esto demuestra, dicen los investigadores, que las grasas en los lipocondrocitos son esenciales para que el cartílago sea tanto duradero como flexible, características importantes para nuestras orejas externas.
“El descubrimiento de la biología lipídica única del lipocartílago desafía las suposiciones de larga data en biomecánica y abre las puertas a innumerables oportunidades de investigación”, dijo el autor principal del estudio, Raúl Ramos, investigador postdoctoral en el laboratorio Plikus de biología regenerativa y del desarrollo, citado por la Universidad de California en una nota de prensa. “Las direcciones futuras incluyen obtener una comprensión de cómo los lipocondrocitos mantienen su estabilidad a lo largo del tiempo y los programas moleculares que rigen su forma y función, así como conocimientos sobre los mecanismos del envejecimiento celular. Nuestros hallazgos subrayan la versatilidad de los lípidos más allá del metabolismo y sugieren nuevas formas de aprovechar sus propiedades en la ingeniería de tejidos y la medicina”.
Es decir, el hallazgo no solo ayuda a entender cómo evolucionaron las orejas externas, sino que también podría tener aplicaciones en medicina regenerativa, especialmente en la reparación de tejidos blandos como el cartílago de las orejas o la nariz. Por otro lado, el segundo estudio en Nature se centra en los genes asociados con el desarrollo del pabellón auricular, revelando cómo pequeñas modificaciones genéticas pudieron dar lugar a las diversas formas y tamaños de orejas que observamos hoy en los mamíferos.
La evolución en acción
¿Sabía que los pequeños huesos del oído medio de los mamíferos, como los martillos y los yunque, evolucionaron a partir de las mandíbulas de los peces antiguos? Esta transformación es uno de los ejemplos de cómo las estructuras corporales pueden cambiar con el tiempo, a medida que los animales se adaptan.
En los peces primitivos, las mandíbulas jugaban un papel fundamental en la alimentación, ayudándoles a capturar y triturar el alimento. Sin embargo, a lo largo de millones de años de evolución, algunas especies de vertebrados comenzaron a desarrollar una estructura más compleja. A medida que los peces evolucionaron hacia los primeros anfibios y, finalmente, los mamíferos, los huesos de la mandíbula experimentaron cambios graduales. Estos huesos se desplazaron y transformaron en los pequeños huesos del oído medio.
Este proceso, conocido como “modificación de los arcos branquiales”, implicó que las partes de las mandíbulas de los peces se modificaran para cumplir nuevas funciones, como la transmisión del sonido.
“Habíamos estado estudiando el desarrollo y la regeneración de las mandíbulas de los peces, y una inspiración para nosotros fue el famoso ensayo de Stephen Jay Gould ‘An earful of jaw’, que exponía cómo las mandíbulas de los peces se transformaron en los huesos del oído medio de los mamíferos. Esto nos hizo preguntarnos si el oído externo cartilaginoso también podría haber surgido de alguna estructura ancestral de los peces”, dice J. Gage Crump, investigador de la USC y autor del segundo estudio, publicado en Nature.
En esta investigación, Crump y sus colegas se preguntan si el oído externo de los mamíferos apareció por completo de nuevo (es decir, como una estructura completamente nueva) o si fue una reutilización de programas de desarrollo de estructuras anteriores. Para ello, analizaron la expresión genética del oído externo humano y de las branquias del pez cebra, utilizando un enfoque llamado multiómica comparativa.
Los resultados mostraron que tanto el oído externo humano como las branquias del pez cebra comparten genes similares y ciertas regiones del ADN, llamadas potenciadores, que controlan cómo se expresan esos genes. Esto sugiere que los mismos programas genéticos podrían estar involucrados en el desarrollo de ambas estructuras. Además, se descubrió que los potenciadores del oído externo humano pueden activar genes en las branquias de los peces, y viceversa. Es decir, las mismas piezas del ADN pueden influir en el desarrollo de estas dos partes del cuerpo de ambos seres, a pesar de que sean muy diferentes.
Este hallazgo sugiere que algunos de los elementos genéticos más antiguos, relacionados con el desarrollo de las branquias en animales marinos, pudieron haberse reutilizado en los vertebrados para formar primero las branquias y luego el oído externo. Esto sugiere que el cartílago elástico, tan característico en nuestras orejas, podría haber surgido en los invertebrados marinos hace más de 400 millones de años y haber sido reutilizado a lo largo de la evolución para formar estructuras nuevas como el oído externo de los mamíferos.
“El trabajo abre un nuevo capítulo en la evolución del oído de los mamíferos”, afirma Crump a la USC. “Mientras que el oído medio surgió de las mandíbulas de los peces, el oído externo surgió de las branquias cartilaginosas. Al comparar cómo los mismos elementos de control genético pueden impulsar el desarrollo de las branquias y los oídos externos, presentamos un nuevo método para revelar cómo las estructuras pueden cambiar drásticamente durante la evolución para realizar funciones nuevas e inesperadas”.
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