Los tardígrados, conocidos popularmente como osos de agua, han fascinado a los científicos desde que fueron descubiertos a finales del siglo XVIII. Estas criaturas microscópicas son algunos de los animales más resistentes que existen. Algunas especies pueden sobrevivir en condiciones ambientales extremas que matarían rápidamente a la mayoría de los seres vivos, como temperaturas y presiones muy altas o muy bajas, falta de oxígeno y alimentos o deshidratación. Incluso se ha visto que son capaces de sobrevivir en el espacio exterior, fuera de la atmósfera terrestre.
Durante décadas, los científicos también han sabido la sorprendente capacidad de los tardígrados para resistir la radiación. En 1963 investigadores franceses descubrieron que estos animales sobrevivían a los rayos X, y posteriormente se comprobó que podían soportar una dosis de radiación ionizante mil veces mayor que la que resulta letal para los humanos. Sin embargo, se desconocían los mecanismos que utilizan para sobrevivir.
Recientemente dos estudios han revelado una nueva faceta de estos animales microscópicos, que utilizan para contrarrestar los efectos de la radiación: tienen una capacidad asombrosa para reparar su ADN.
Ambos grupos de investigadores han estudiado los tardígrados de la especie Hypsibius ejemplaris (anteriormente conocido como H. dujardini) a aquellos que fueron irradiados con rayos gamma para ver cómo respondían. La radiación suele ser letal porque rompe la estructura del ADN, ya sea directamente o modificando otras moléculas del interior de las células que acaban fragmentando el material genético.
En los seres humanos, la exposición a niveles muy elevados de radiación como los producidos en una explosión atómica, más allá de efectos inmediatos como quemaduras o síndrome de irradiación aguda, puede tener consecuencias a largo plazo para la salud como el cáncer o las enfermedades cardiovasculares.
En los últimos años, varios estudios han identificado Proteínas específicas de los tardígrados que les ayudan a afrontar la deshidratación y la radiación ionizante. Uno de ellos es una proteína que se une al ADN, llamada Dsup. Fue descubierto en 2016 por investigadores de la Universidad de Tokio que también demostraron que, cuando se introdujo Dsup en células humanas en cultivo, estas se volvieron más resistentes a los rayos X. Sin embargo, esta proteína sólo ha sido aislada en dos especies de tardígrados. de la superfamilia Hypsibioidea y, por tanto, no puede ser un mecanismo de protección general.
Ahora los científicos han dado un paso más para comprender los mecanismos que utilizan estas criaturas para sobrevivir a la radiación. En el primer estudio, publicado en enero en la revista ‘eLife’, investigadores del Museo Nacional de Historia Natural de Francia dirigidos por Anne de Cian y Jean-Paul Concordet, ellos vieron eso Los rayos gamma fragmentan el ADN de los tardígrados, pero sobreviven.
Los investigadores compararon los patrones de expresión genética de tres especies de tardígrados expuestas a la radiación. H. ejemplaris, Acutumcus antarcticus y Paramacrobiotus fairbanksi (este último no tiene Dsup), y Detectaron que entre los genes que se activan con más fuerza en respuesta a la radiación hay muchos implicados en la reparación del ADN.. También descubrieron un nuevo gen específico de los tardígrados al que llamaron TRD1 y que codifica una proteína que se une al ADN formando grandes agregados, lo que sugieren que actuaría para preservar la estructura de los cromosomas hasta que se repare el ADN.
En el otro estudio, publicado en abril en Current Biology, Courtney Clark-Hachtel y sus colaboradores de la Universidad de Carolina del Norte confirmaron que los tardígrados de la especie H. ejemplaris Sufren daños en el ADN tras ser irradiados, pero estos se reparan. Los científicos detectaron que la irradiación produce una rápida activación de muchos genes reparadores del ADN y que su nivel de activación es muy alto. Según los investigadores, La alta expresión de estos genes sería suficiente para proteger a los tardígrados de la radiación.
Muchas especies de animales utilizan este tipo de genes para reparar el daño del ADN. En los seres humanos, por ejemplo, cada día se producen decenas de roturas en las cadenas de ADN que habitualmente se reparan. Pero Lo sorprendente en los tardígrados es el alto nivel de activación de estos mecanismos y, por tanto, su estudio es relevante porque podría aportar pistas para tratar enfermedades como algunos tipos de cáncer provocados por daños en el ADN.
¿Por qué resisten la radiación?
¿Cómo pudieron los tardígrados haber desarrollado esto? habilidad asombrosa ¿Cómo hacer frente a la radiación si normalmente no están expuestos a ella? ¿Será casualidad que los mismos mecanismos que les permiten resistir la radiación hayan evolucionado para proteger el ADN frente a otras situaciones adversas?
Así lo cree el investigador Jean-Paul Concordet, y que La respuesta podría estar en la deshidratación. La falta de agua líquida provoca el colapso celular y, al igual que la radiación, también fragmenta las cadenas de ADN. De alguna manera, los tardígrados utilizarían los mismos genes y proteínas de reparación del ADN para evitar daños mayores en ambas situaciones.
Para comprender mejor el origen evolutivo de los tardígrados y las adaptaciones que les permitan prosperar en condiciones extremas requerirán un estudio más profundo. Hasta la fecha se han secuenciado los genomas de dos especies (Hypsibius ejemplaris y Ramazzottius varieornatus), que han revelado que los tardígrados estarían más relacionados con los nematodos que con los artrópodos. Con los primeros comparten la pérdida de los mismos cinco genes Hox. La mayoría de los animales bilaterales poseen diez grupos con varios de estos genes, que desempeñan un papel crucial en el establecimiento del plan corporal durante el desarrollo embrionario.
Invertebrados que caminan lentamente
Los tardígrados son extremadamente pequeños –normalmente menos de un milímetro– y no nos equivocaríamos si dijéramos que fascinan tanto a un niño que los observa por primera vez como a un naturalista experto. Para observarlos sólo es necesario remojar un poco de musgo en agua y observarlo durante unas horas con un microscopio.
Estos curiosos animales de ocho patas fueron descritos inicialmente en 1773 por el zoólogo alemán Johann August Ephraim Goeze, quien Los llamó “kleiner Wasserbär”, que en alemán significa “osos de agua”. por su característica forma de caminar. Sin embargo, nada tienen que ver con los mamíferos: son invertebrados ecdisozoos junto con gusanos nematodos y artrópodos (insectos, arañas y crustáceos), con los que comparten el hecho de tener una cutícula externa o exoesqueleto de la que salen varias veces a lo largo de su vida, en mudas sucesivas, a medida que crecen. Su andar también les valió el nombre de tardígrados en 1777, que significa ‘de ritmo lento’ y que debemos al naturalista italiano Lazzaro Spallanzani.
Se encuentran en prácticamente todos los ecosistemas del planeta, desde las profundidades del mar hasta la cima del Himalaya y tanto en los bosques tropicales como en los hielos de la Antártida. En este momento Conocemos unas 1.300 especies.. La mayoría son de agua dulce, pero también se han descrito más de un centenar de marinos. Y, en general, son bastante abundantes: en un litro de sedimento podemos encontrar alrededor de 25.000 individuos.
Normalmente viven en ambientes húmedos.como los musgos y líquenes, pero los hay que viven en los más secos, siempre y cuando retengan un poco de humedad a su alrededor para poder respirar mediante el intercambio de gases en toda su superficie corporal, ya que no tienen órganos respiratorios.
los tardígrados son oviparos. Cuando nacen son un poco más grandes que un grano de polen (0,005 mm) y los adultos de las especies más grandes pueden alcanzar los 1,2 mm de longitud, pero en general la mayoría no supera el medio milímetro. Su cuerpo rechoncho y en forma de barril está formado por una cabeza y cuatro segmentos (tres en el cuerpo y uno caudal), cada uno con un par de patas terminadas en cuatro a ocho garras.
Estos son organismos eutélicos, es decir, Los individuos de la misma especie tienen exactamente el mismo número de células cuando alcanzan la madurez.y tienen un sistema nervioso formado por un cerebro dorsal conectado a un cordón nervioso ventral con un ganglio en cada segmento del que emergen fibras nerviosas hacia las piernas.
Los tardígrados se alimentan de algas y células vegetales a las que les hacen agujeros con los estiletes en su boca tubular, pero también los hay carnívoros, y algunos incluso se alimentan de otros tardígrados más pequeños. Dependiendo de la especie, Pueden vivir entre tres meses y dos años.sin contar los periodos pasados en estado de latencia.
Su tamaño microscópico los hace difíciles de identificar en el registro fósil. Y aunque se han encontrado tardígrados de hace 90 millones de años atrapados en ámbar del período Cretácico, se cree que este grupo de animales se originó mucho antes, hace unos 500 millones de años, en el Cámbrico, a partir de un ancestro lobopodo más grande. .
¿Cómo evitan que sus células colapsen?
La resistencia de los tardígrados a condiciones extremas es asombrosa. De hecho, se cree que han sobrevivido a las cinco extinciones masivas que han tenido lugar en los últimos 540 millones de años. Fue Spallanzani quien descubrió que eran resistentes a la desecación. En situaciones adversas, como falta de agua o cambios bruscos de temperatura y salinidad, los tardígrados reducen su contenido de agua. hasta un 1% y su metabolismo hasta un 0,01% de lo normal, y entran en un estado de latencia, llamado tun, en el que pueden sobrevivir durante varios años, incluso una década.
Aunque se suponía que la resistencia a la desecación podría deberse al azúcar trehalosa, como ocurre en otros organismos, como la levadura, los tardígrados no fabrican este disacárido en cantidad suficiente para hacerle frente. Por el contrario, se descubrió que, tanto en condiciones normales como en respuesta a la deshidratación, sintetizan una gran cantidad de proteínas intrínsecamente no estructuradas, un tipo de proteínas sin una estructura tridimensional predeterminada que pueden adoptar diferentes configuraciones para adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes. Algunos de ellos son específicos de los tardígrados y se cree que mantienen la integridad de las membranas celulares, evitando que se produzcan daños estructurales cuando se rehidratan, y también forman una matriz vítrea que protegería el contenido de las células.
En el estado de tun los tardigrados También pueden soportar presiones extremadamente bajas (vacío) y presiones muy altas., seis veces la presión en la Fosa de las Marianas. Y sobrevivir tanto a temperaturas bajísimas (cercanas al cero absoluto -273 ºC durante unos minutos, -200 ºC durante días y -20 ºC durante varias décadas), como algunas especies, también a temperaturas altísimas, 150 ºC, durante unos pocos minutos .
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