La simetría y la asimetría rigen los ritmos de la vida

La asimetría está tan estrechamente relacionada con la vida como la simetría: modula el envejecimiento unicelular, la regeneración corporal, la realización de la fotosíntesis por parte de animales y la longevidad de los insectos.

En ciencia, la simetría es un concepto que se usa con más frecuencia de lo que la mayoría de la gente suele imaginar. La simetría tiene mucho menos que ver con la forma de los objetos u organismos que con los fenómenos y las leyes que los regulan. Interviene, entre otras cosas, en matemáticas, química, física teórica, pero también en biología.

Uno de los fenómenos biológicos por los que menos se esperaría hablar de simetría es el relacionado con la reproducción, más particularmente con respecto a las generaciones que resultan de ella. En este aspecto, quien dice simetría dice también posible asimetría.

Envejecimiento unicelular

Durante mucho tiempo se ha pensado que un organismo unicelular que se divide para reproducirse necesariamente da lugar a dos células hijas idénticas y que, por tanto, esta reproducción sólo podría continuar sin alteración alguna durante las siguientes generaciones.

A fines de la década de 1980, Michal Jazwinsky realizó una serie de experimentos con levadura de panadería conocida científicamente como Saccharomyces cerevisiae (1).

Esta levadura tiene la particularidad de reproducirse no por escisión, sino por brotación. Esta característica ofrece la posibilidad de distinguir una célula hija de una célula madre en cada ciclo de reproducción.

Jazwinsky se dio cuenta de que una célula madre solo podía dar lugar a un cierto número de células hijas, después de lo cual moría en cuestión de días. Había sacado así a la luz el fenómeno del envejecimiento en un organismo unicelular.

Este fenómeno implica una asimetría a nivel molecular entre la célula madre y la célula hija. Con cada ciclo, además de la división de sus cromosomas, se producen pequeñas copias adicionales de su ADN en forma circular.

En lugar de distribuirse uniformemente entre las dos celdas, madre e hija, estas copias solo se guardan en la celda principal. Esta acumulación probablemente jugaría un papel en su envejecimiento.

Las propiedades de un pequeño gusano...

¿Cuándo apareció la asimetría en el ámbito de la vida? ¿Cuál es la importancia del papel que esta ruptura de simetría pudo haber jugado para la complejidad de la vida?

Sabemos que la asimetría se encuentra en varios niveles de la biología. Planaria es un gusano plano. Cuando se corta por la mitad, las dos mitades regeneran un gusano completo: la cabeza regenera una cola y la cola regenera una cabeza. Aquí encontramos una simetría entre la parte trasera y la parte delantera de este cuerpo.

Pero, si lo sometemos a un aprendizaje por reflejo condicionado, asociando una descarga eléctrica a una luz brillante, y lo partimos nuevamente en dos, observamos que las dos partes del gusano han regenerado dos organismos que conservan la memoria de este aprendizaje. Se hace más rápido que con individuos no entrenados.

Contra todas las expectativas, la simetría se mantiene aquí de nuevo entre las partes delantera y trasera de la planaria. Sin embargo, es posible observar una asimetría de este fenómeno realizando el mismo experimento con la diferencia de que las dos partes del gusano se regeneran esta vez en una solución de ribonucleasa, una enzima que destruye el ARN.

Se observa en este caso que el organismo de la parte trasera ya no retiene ninguna información del condicionamiento anterior, a diferencia del nuevo individuo de la parte delantera.

...y las de las babosas de mar

Un equipo japonés ha descubierto asimismo en dos especies de babosas de mar, Elysia marginata y Elysia atroviridis, un fenómeno nunca observado: estas babosas tienen la capacidad de separar la cabeza del cuerpo y de regenerar el resto del cuerpo a partir de la cabeza.

La autotomía es el acto de un animal que se separa voluntariamente de una parte de su cuerpo. El fenómeno se encuentra en algunas especies de lagartijas y salamandras, pero en estos casos es un miembro o la cola, y no el cuerpo, lo que se separa de la cabeza.

A diferencia de la planaria, la regeneración de estas babosas no es simétrica, ya que solo la cabeza regenera el resto del cuerpo: no es regenerada por el resto del cuerpo, que muere tras la separación.

Investigaciones posteriores mostraron que estas dos especies adoptarían esta estrategia, al menos en parte, para deshacerse de los parásitos (2). Estas dos especies de babosas tienen otra característica fascinante: integran en su organismo los cloroplastos salidos de las algas de las que se alimentan con la finalidad de poder efectuar, como las plantas, la fotosíntesis (3), un fenómeno llamado cleptoplastia.

Asimetría en insectos

La asimetría también se encuentra en varias especies con dimorfismo sexual. Una de las diferencias de tamaño más llamativas se encuentra en ciertas especies de arañas. La asimetría entre sexos de una misma especie también se observa en términos de longevidad.

En los insectos sociales, este desequilibrio de longevidad no se da únicamente entre los sexos. En varias especies de abejas, termitas y hormigas, la reina puede vivir hasta unas pocas décadas mientras que las obreras y los machos solo viven unos meses.

En consecuencia, el número de generaciones no es el mismo si consideramos la línea desde el punto de vista materno (dos generaciones: la reina y sus descendientes) que desde el punto de vista paterno (hasta varias generaciones).

La vida es tan compleja que aquí solo podemos tratar la oposición entre simetría y asimetría y sin duda otras muchas observaciones nos aguardan en el futuro.

Referencias

[1] Jazwinski, S.M. The genetics of aging in the yeast Saccharomyces cerevisiae, Genetica, 91, 35–51 (1993).

[2] Estos experimentos ya son muy antiguos, se mencionan en Biologie - Des Molécules à l'Homme, obra colectiva bajo la coordinación de Claude A. Welch, ed. original 1963, 1966 para la traducción al francés, Centro de Psicología y Pedagogía, p 585 – 586. En 2013 se publicó un experimento más reciente con planarias con un protocolo diferente que involucraba un aprendizaje de tipo reflejo condicionado diferente. Los autores pudieron observar que las dos partes regeneradas conservaron la memoria de su aprendizaje anterior al volver a aprender lo que habían aprendido en un período de tiempo más corto que el grupo de control.

Tal Shomrat, Michael Levin, An automated training paradigm reveals long-term memory in planarians and its persistence through head regeneration, J Exp Biol (2013) 216 (20): 3799–3810,

[3] Sayaka Mitoh,Yoichi Yusa, Extreme autotomy and whole-body regeneration in photosynthetic sea slugs, Current Biology, Vol. 31, no 5, 233-234, 2021