Els superpoders increïbles dels óssos i els óssos d'aigua

Info animals » insectes » Els superpoders increïbles dels óssos i els óssos d'aigua

Els animals amaguen en la seva biologia autèntics superpoders sorprenents que la ciència tot just comença a desxifrar. Alguns mamífers gairebé no desenvolupen càncer, altres resisteixen dosis brutals de radiació i hi ha espècies capaces de passar mesos immòbils, sense menjar ni beure, i tornar a l'activitat com si res. El més vistós és que molts d'aquests trucs extrems no són màgia: estan inscrits al seu ADN.

Entre tots ells, els protagonistes indiscutibles són els óssos i els anomenats óssos d'aigua, els tardígrads. Els primers destaquen pels seus habilitats lligades a la hibernació i al metabolisme, mentre que els segons s'han guanyat el títol d'animals més durs del planeta per sobreviure a condicions que anihilarien gairebé qualsevol altra forma de vida. Entendre com ho fan no és només curiositat: podria canviar la medicina humana durant les properes dècades.

Superpoders animals: quan l'evolució es posa creativa

Molt abans de parlar de superherois de còmic, la natura ja havia repartit poders extraordinaris entre els animals. Per exemple, els elefants mostren una incidència de càncer sorprenentment baixa, malgrat tenir una esperança de vida semblant a la dels humans i un cos amb moltes més cèl·lules, cosa que en teoria implicaria més oportunitats que alguna cosa surti malament.

Investigadors de la Universitat d'Utah van descobrir que els elefants tenen desenes de còpies addicionals d'un gen que codifica la proteïna p53, una molècula clau en la supressió de tumors. Aquesta proteïna funciona com una mena de guardià que detecta danys a l'ADN i ordena reparar la cèl·lula o eliminar-la si el risc de transformació cancerosa és alt. Els elefants no només tenen més còpies d'aquest gen, sinó que també tenen un sistema molt més eficaç per retirar de circulació les cèl·lules perilloses.

Els dofins en són un altre exemple fascinant. Aquests cetacis presenten una protecció especial davant dels coàguls sanguinis, un problema que en humans està darrere d'infarts, ictus i altres patologies cardiovasculars greus. Encara que els mecanismes concrets segueixen sota estudi, la seva fisiologia adaptada al busseig profund i als canvis bruscos de pressió ha modelat una sang menys procliu a formar trombes mortals.

En conjunt, aquests animals demostren que l'evolució ha anat afinant solucions molt diferents davant d'amenaces comunes, com ara el càncer o les malalties cardiovasculars. La clau està al vostre genoma, i aquí és on entra en joc el treball de diversos equips científics que han decidit rastrejar aquestes peculiaritats genètiques amb lupa.

Els óssos i la hivernació: mestres de l'obesitat saludable

Un dels grans enigmes de la biologia és com alguns animals poden hivernar durant mesos sense destrossar el seu organisme, un procés diferent fins i tot al somni de grans mamífers com com dormen els hipopòtams. Els óssos són el millor exemple proper: acumulen enormes reserves de greix abans de l'hivern, deixen gairebé completament de moure's, no mengen, no beuen i amb prou feines orinen o defequen. Tot i així, en despertar no presenten les greus complicacions que patiria una persona en condicions similars.

En humans, guanyar molt de pes en poc temps i mantenir llargs períodes d'inactivitat seria la recepta perfecta per desenvolupar obesitat mòrbida, resistència a la insulina, diabetis tipus 2, hipertensió, trombes, atròfia muscular i un llarg etcètera. No obstant això, als óssos, aquest procés és reversible i controlat: entren i surten de l'estat d'obesitat funcional sense deixar rastre de malaltia crònica.

Per entendre millor aquesta capacitat, els científics Christopher Gregg i Elliot Ferris, també de la Universitat d'Utah, van analitzar el genoma de diversos mamífers que hibernen, no només óssos. El seu objectiu era localitzar a l'ADN les peces que permeten a aquests animals tornar-se obesos «amb bona lletra», per dir-ho així, i després recuperar la normalitat metabòlica sense danys a llarg termini.

En el seu estudi, publicat a la revista Cell Reports, van incloure quatre espècies que passen per períodes prolongats de letargia: el tenrec eriçó noi (Echinops telfairi), l'esquirol terrestre de tretze franges (Ictidomys tridecemlineatus), el lèmur ratolí gris (Microcebus murcié) lucifugus). Tots aquests animals redueixen al mínim les seves funcions vitals durant la hivernació.

El cas de l'esquirol és especialment cridaner: el seu cor pot passar de bategar unes 200 vegades per minut a tan sols cinc, i la respiració, que normalment supera les cent inspiracions per minut, es redueix fins a un bufa cada minuts. Tot i aquesta frenada radical, l'organisme no col·lapsa, les cèl·lules s'adapten i l'animal suporta mesos gairebé sense ingerir aliments ni produir deixalles.

Genètica de la hibernació: interruptors ocults a l'ADN

Per descobrir què fa tan especials aquests hivernacles, els investigadors van comparar el seu ADN amb el d'éssers humans sans i també amb el de persones afectades pel síndrome de Prader-Willi, una malaltia genètica caracteritzada per una gana insaciable i obesitat extrema. La idea era identificar regions compartides del genoma que es comporten de maneres molt diferents entre espècies.

D'aquesta comparació va sorgir un mapa de centenars de seqüències relacionades amb el control del pes i el metabolisme. En concret, van localitzar 364 elements genètics que semblen actuar com reguladors clau de la hibernació i de l'obesitat. Aquestes regions no són gens clàssics que codifiquin proteïnes, sinó fragments d'ADN que funcionen com a interruptors, encenent o apagant gens veïns segons les necessitats de l'animal.

Moltes d'aquestes zones se situen a prop de gens implicats a l'obesitat humana. Els hivernadors, segons sembla, han après a fer servir aquest mateix material genètic d'una altra manera: activen programes d'obesitat «segura» quan necessiten emmagatzemar greix i els desactiven després, evitant el mal que a la nostra espècie s'associa a aquests canvis tan bruscs.

En paral·lel, altres estudis publicats a la revista Science s'han centrat en un conjunt de gens conegut com a locus FTO (de «massa greix i obesitat»). En humans, aquesta regió és un dels principals factors de risc genètic de l'obesitatperò en els animals que hibernen sembla haver-se reciclat per complir una funció beneficiosa.

L'equip de la Universitat de Salut d'Utah va observar que en aquests mamífers hi ha seqüències d'ADN específiques al voltant de l'FTO que regulen amb molta precisió l'activitat de gens propers. Aquestes seqüències actuen com un director d'orquestra molecular: pugen o baixen el «volum» de diversos gens implicats en l'acumulació i l'ús de greix, permetent als animals engreixar-se abans de l'hivern i després consumir-ne lentament les reserves durant la hibernació.

Del bosc a la clínica: el que ens poden ensenyar els animals hivernants

El que és realment intrigant és que els humans també posseïm aquest locus FTO i moltes regions genètiques similars. La diferència és que, al llarg de la nostra evolució, aquests interruptors s'han configurat altrament, de manera que ara predisposen l'obesitat i els trastorns metabòlics en lloc d'ajudar-nos a hivernar o gestionar grans variacions de pes sense conseqüències.

Els treballs liderats per Chris Gregg i els seus col·legues suggereixen que els mateixos elements d'ADN que als hivernadors permeten aquesta flexibilitat metabòlica, s'han convertit en un taló d'Aquil·les. Tot i això, també obren la porta a una idea molt suggerent: potser el potencial per activar certs «superpoders metabòlics» segueixi aquí, ocult al nostre genoma, i només cal trobar la manera de reajustar aquests interruptors.

Per posar a prova aquestes hipòtesis, els científics han recorregut a models de ratolí i han modificat de manera controlada algunes d'aquestes regions reguladores específiques dels animals que hibernen. Quan alteren un sol fragment d'ADN, els efectes s'estenen molt més enllà del gen FTO, afectant el funcionament de nombrosos gens interconnectats, tal com expliquen autores com Susan Steinwand. Un petit canvi pot tenir conseqüències àmplies i coordinades al metabolisme.

Aquest tipus de descobertes han impulsat el desenvolupament de tècniques dedició epigenòmica dalta precisió. El laboratori de Gregg col·labora amb l'investigador Jason Gertz per dissenyar una tecnologia basada en CRISPR que permetria modificar la «configuració» epigenètica de regions concretes del genoma humà. L'objectiu, en el futur, seria ajustar de manera personalitzada l'activitat metabòlica o tractar l'obesitat actuant directament sobre aquests interruptors reguladors.

Encara que ara com ara soni a ciència ficció, el plantejament és clar: si aconseguim comprendre com els animals hivernants eviten la diabetis, la pèrdua muscular, la neurodegeneració o l'envelliment accelerat durant les seves llargues letargues, podríem inspirar-nos en aquests mecanismes per dissenyar teràpies contra la diabetis tipus 2, el dany cerebral per ictus o el deteriorament associat a l'edat. No es tractaria d'hibernar persones, sinó de copiar els trucs de protecció cel·lular que ja funcionen en altres espècies.

Óssos d'aigua: els superherois microscòpics del planeta

Si els óssos i altres mamífers hivernants representen la cara metabòlica dels superpoders animals, els tardígrads encarnen la resistència extrema en estat pur. També coneguts com a óssos d'aigua o garrins de molsa, aquests invertebrats minúsculs —mesuren menys d'un mil·límetre— semblen trets d'una pel·lícula de ciència ficció.

A simple vista, el seu cos grassonet i les seves vuit potetes amb urpes els donen un aire entranyable, gairebé còmic. Però darrere aquesta aparença bonachona s'amaga una criatura capaç de suportar temperatures que van des de la calor abrasadora de 150 ºC fins al fred proper al zero absolut. Són tan durs que, després de ser congelats, es poden descongelar i continuar caminant com si res.

La tolerància va molt més enllà de la temperatura. Els tardígrads resisteixen pressions equivalents a centenars de vegades la de l'atmosfera terrestre i les dosis letals de radiació, tant raigs X com radiació ultraviolada. Fins i tot han sobreviscut al buit de l'espai: el 2007, milers d'aquestes bestioles van viatjar en una missió espacial i van ser exposades directament a l'entorn espacial a uns 270 km d'alçada. En tornar, la majoria seguia viva i es va reproduir sense problemes.

Aquesta combinació de resistència tèrmica, mecànica i radiològica desconcerta els científics des de fa anys. No és exagerat dir que els tardígrads són, fins on sabem, les formes de vida més duradores de la Terra. La seva capacitat per entrar en estats propers a la «mort aparent» i després reactivar-se fa que molts els vegin com els candidats perfectes per a escenaris extrems, inclòs l?espai exterior.

De fet, és molt probable que hi hagi tardígrads descansant a la superfície de la Lluna. Una sonda espacial israeliana que es va estavellar portava a dins una «biblioteca lunar» amb milions de pàgines d'informació i mostres d'ADN humà, a més de tardígrads deshidratats, alguns en ambre artificial i altres adherits a cintes. El cofundador, Nova Spivack, està convençut que bona part d'aquests óssos d'aigua segueixen allà, en animació suspesa, en espera de tornar a entrar en contacte amb l'aigua.

L'animació suspesa dels tardígrads: viure al 0,01%

El truc central dels tardígrads és la seva capacitat per entrar en un estat de animació suspesa extrema, tècnicament conegut com a criptobiosi. Quan l'entorn es torna hostil —manca d'aigua, temperatures extremes, radiació—, l'animal s'encongeix, retreu el cap i les potes, i es transforma en una mena de càpsula seca anomenada tun.

En aquest estat, expulsen gairebé tota l'aigua del cos fins a quedar-se al voltant d'un 1% del contingut habitual. El seu metabolisme es redueix a una fracció ínfima, al voltant del 0,01% de lactivitat normal. Des de fora, semblen literalment morts: no mengen, no es mouen, no mostren pràcticament senyals de vida. Tot i això, mantenen intacta la capacitat de reactivar-se quan tornen les condicions favorables.

L'increïble és que aquesta letargia pot prolongar-se anys o fins i tot dècades. Hi ha casos documentats de tardígrads que, després d'estar dessecats durant llarguíssims períodes, han tornat a la vida només tornant a ser hidratats. Només cal afegir aigua perquè el botó d'encesa s'activi i l'animal recuperi totes les seves funcions, com si algú hagués fet una pausa molt llarga.

Aquesta habilitat no és només un truc curiós, sinó una eina de supervivència potentíssima. Gràcies a ella, els tardígrads han colonitzat gairebé tots els hàbitats del planeta: des de tolls i molses fins a terres, deserts, fons marins i, ara, probablement, la superfície lunar. La seva biologia demostra que la vida pot aguantar condicions que semblaven incompatibles amb la continuïtat dels organismes complexos.

La criptobiosi, combinada amb la seva robustesa estructural, els va convertir en els candidats ideals per formar part de projectes com ara la biblioteca lunar de la Fundació Arch Mission. Allà, a més del seu ADN, va viatjar un arxiu enorme amb més de 30 milions de pàgines d'informació sobre la humanitat, disposat com un peculiar pla B davant de possibles catàstrofes globals. Encara que els tardígrads difícilment podrien reanimar-se sols a la Lluna, teòricament podrien ser recuperats i tornats a la Terra per estudiar com els ha afectat aquest entorn extrem.

Protecció davant de radiacions: la proteïna miraculosa de l'osset d'aigua

Més enllà de la criptobiosi, els tardígrads guarden un altre as a la màniga: una proteïna capaç de protegir l'ADN davant els danys causats pels raigs X. Investigadors de la Universitat de Kyoto, liderats per Takekazu Kunieda, van seqüenciar el genoma d'aquests animals i van localitzar una proteïna específica —present només en tardígrads— que s'activa quan l'organisme és irradiat.

En analitzar-ne la funció, van veure que aquesta proteïna actua com un autèntic escut molecular. Quan s'expressa en cèl·lules humanes al laboratori, la quantitat de danys a l'ADN després de l'exposició a radiacions es redueix aproximadament a la meitat. És a dir, un gen gen procedent d'un tardígrad és suficient per millorar notablement la resistència de cèl·lules humanes a la radiació.

Aquest resultat va deixar els investigadors bocabadats, perquè demostra que certs trets extrems poden ser, almenys en part, transferibles entre espècies. De confirmar-se i afinar-se, una eina així podria tenir aplicacions enormes: des de protegir teixits sans durant tractaments de radioteràpia fins a millorar la seguretat de treballadors exposats a radiació o fins i tot astronautes.

Però les sorpreses no s'acaben aquí. Quan un tardígrad es desseca gairebé del tot, el seu ADN es trenca en múltiples fragments petits. En condicions normals, un dany tan massiu seria letal per a qualsevol organisme, però aquests animals disposen de mecanismes extraordinàriament eficaços de reparació de l'ADN. Durant la rehidratació, reconstrueixen els seus cromosomes peça a peça sense errors significatius i recuperen el seu estat anterior.

Si la capacitat de tolerar una dessecació tan extrema i de reparar un ADN tan maltractat es pogués traslladar, encara que fos parcialment, a altres cèl·lules animals, podria revolucionar camps com ara la conservació de teixits, òrgans i aliments. Alguns científics imaginen un futur en què sigui possible emmagatzemar cèl·lules, cultius, carn o peix en sec durant anys sense pèrdua de qualitat biològica, inspirant-se en la biologia daquests ossets daigua. Això sí, tots coincideixen que encara estem lluny de fer una cosa així de manera pràctica i ètica en humans.

Tenim nosaltres també superpoders ocults?

La gran pregunta que sobrevola tots aquests estudis és si els humans conservem, en alguna manera, el potencial genètic per activar capacitats similars a les dels animals que hibernen o als tardígrads. La resposta que es perfila no és un sí rotund, però tampoc un no absolut: compartim bona part del maquinari genètic, encara que la nostra configuració epigenètica i reguladora sigui diferent.

Els treballs sobre el locus FTO i les regions reguladores associades mostren que una mateixa zona del genoma pot tenir efectes molt diferents segons com s'organitzi la xarxa d'interruptors. A la nostra espècie, certs patrons incrementen el risc d'engreixar i desenvolupar síndrome metabòlica. Als animals hivernants, variacions en aquestes mateixes zones permeten acumular greix d'ús temporal sense conseqüències devastadores i protegir òrgans tan sensibles com el cervell o el cor.

Això porta alguns investigadors a plantejar que potser no necessitem importar gens exòtics per potenciar la nostra salut, sinó aprendre a manejar millor els que ja tenim. En altres paraules, el genoma humà podria albergar solucions latents contra malalties relacionades amb l'edat, l'obesitat o la degeneració neuronal, que avui dia estan «apagades» o mal regulades.

Per arribar a aquest punt calen mapes cada cop més precisos de com interactuen aquestes regions reguladores en diferents espècies. L'enfocament comparatiu —contrastar el genoma d'humans, óssos, esquirols, lèmurs, ratpenats i altres mamífers— permet identificar patrons de conservació i canvi que apunten a els nodes veritablement crítics de la xarxa genètica. Un cop localitzats, es poden provar estratègies més racionals i segures d'intervenció.

És cert que, de moment, moltes aplicacions són projectes de futur i que la translació a la clínica portarà temps. Però el missatge de fons és molt potent: els superpoders d'óssos, hivernadors i tardígrads no són miracles inexplicables, sinó el resultat de combinacions molt concretes de gens i reguladors. Entendre aquestes combinacions ens podria ajudar a dissenyar nous tractaments, avaluar millor el risc individual de malalties metabòliques i orientar estils de vida i teràpies de forma més personalitzada.

Tot mirant aquest panorama, es fa evident que els superpoders dels óssos, els hivernadors i els óssos d'aigua representen molt més que curiositats biològiques. Als seus genomes s'amaguen pistes sobre com resistir el càncer, modular el metabolisme, frenar la neurodegeneració, suportar la radiació i sobreviure a condicions extremes. La ciència tot just comença a traduir aquest llenguatge, però cada nova troballa reforça la idea que una part d'aquestes capacitats podria estar, d'alguna manera, a l'abast de la nostra pròpia espècie.