Los huesos evolucionaron para funcionar como baterías, según sugieren peces de 400 millones de años

Mediante el estudio de los restos fosilizados de peces antiguos, un equipo de científicos ha descubierto un punto de inflexión en el desarrollo de una de las partes más importantes de los humanos y otros animales: los huesos. Aunque los huesos proporcionan una estructura para sostener el cuerpo, estos tejidos duros cambian constantemente y aportan otros beneficios a los cuerpos vertebrados. El hueso se mantiene a sí mismo, repara lesiones y proporciona nutrientes fundamentales al torrente sanguíneo.

Sin embargo, los huesos más antiguos eran muy diferentes de los esqueletos humanos actuales. En la prehistoria, el hueso se parecía más al hormigón y crecía en la parte exterior de los peces a modo de armadura. Pero según un nuevo estudio publicado en la revista Science Advances, los primeros huesos con células vivas —como los presentes en humanos— evolucionaron hace unos 400 millones de años y actuaban como baterías óseas: suministraban minerales que los peces prehistóricos necesitaban para recorrer mayores distancias.

Las criaturas fosilizadas del análisis se denominan osteóstracos. «Yo los llamo sirenas escarabajo de forma cariñosa», dice Yara Haridy, candidata a doctora en el Museo de Historia Natural de Berlín y autora principal del estudio. Estos peces tenían una parte delantera dura y envuelta en una coraza, y una cola flexible en la parte trasera. Carecían de mandíbulas y tenían el cuerpo envuelto en tejido óseo. Este tipo de peces son fundamentales para comprender los orígenes de las partes duras que moldearon la evolución de los vertebrados.

La investigación de Haridy se centra en los osteocitos, las células que se quedan emparedadas en la parte dura y mineral del hueso durante el crecimiento óseo. Sin embargo, los primeros animales con huesos no tenían osteocitos y algunos peces modernos tampoco tienen estas células, de ahí que los paleontólogos se pregunten dónde y por qué se desarrollaron estas primeras células óseas.

«Básicamente empecé a obsesionarme con la pregunta: ¿Por qué osteocitos?», cuenta Haridy.

Una nueva técnica 3D

Resolver el misterio de las células óseas ha sido difícil para los paleontólogos. Haridy explica que, tradicionalmente, los investigadores estudian las estructuras microscópicas del hueso cortando secciones delgadas y examinándolas en diapositivas bidimensionales. Pero este método no proporciona una imagen completa y tridimensional del aspecto real de las células óseas.

Un método desarrollado para la ciencia de materiales y otras aplicaciones de ingeniería permitió a Haridy y sus colegas revelar las estructuras óseas que los científicos no habían sido capaces de estudiar. «Vi uno de los pósteres de mis colegas en el pasillo con unas imágenes increíbles de poros en baterías y se parecían a las células», recuerda Haridy. El método empleado para obtener esas imágenes se llamaba haz de iones focalizado y microscopía electrónica de barrido (FIB-SEM, por sus siglas en inglés), que crea escáneres tridimensionales detallados. Haridy preguntó con qué objetos podía emplearse la técnica y cuando se enteró de que lo ideal es un objeto seco y estable, «básicamente me puse a gritar: “¿Qué es más estable que la roca?”», dice.

Los escáneres resultantes de los fósiles de peces osteóstracos superaron las expectativas de Haridy. «Mi maravilloso coautor Markus Osenberg me envió con aire despreocupado un correo de las primeras imágenes y lo llamé para asegurarme de que no era un modelo, sino nuestros datos reales. Así de increíble fue», recuerda.

Los escáneres no mostraban las células óseas reales —que se habían descompuesto hace tiempo—, pero sí revelaron las cavidades que ocuparon en el interior de los peces antiguos. «Estaba observando un espacio donde vivió una célula diminuta hace más de 400 millones de años», afirma Haridy.

Baterías de hueso

Mientras revisaban las imágenes, Haridy y su equipo advirtieron que el tejido óseo que rodeaba las cavidades celulares estaba carcomido. Sin embargo, estos agujeritos no eran la señal de una enfermedad ni una lesión. Las células óseas habían disuelto parte del tejido, de forma que el calcio, el fósforo y otros minerales pudieran salir al torrente sanguíneo del pez antiguo.

Las células convirtieron el tejido óseo en una especie de batería, liberando minerales almacenados necesarios para procesos fisiológicos, como nutrir los músculos utilizados para nadar. A su vez, la necesidad de más minerales impulsó la evolución de los huesos celulares, un cambio que influyó en la trayectoria de los vertebrados.

«Esta hipótesis ha circulado durante un tiempo, pero no había sido corroborada», dice Martin Brazeau, paleontólogo del Imperial College London que no participó en el nuevo estudio. La investigación aporta nuevas pruebas de que las células óseas primitivas reconvirtieron la coraza de los osteóstracos para administrar una dosis adicional de energía. «Haridy y sus colegas descubrieron que los márgenes alrededor de los osteocitos tenían una densidad inferior a la del hueso circundante y argumentan que esta es una evidencia de metabolismo mineral», añade Sam Giles, paleontólogo de la Universidad de Birmingham que tampoco participó en el estudio.

Por desgracia, el proceso FIB-SEM utilizado para crear las imágenes del hueso en alta definición solo puede examinar el tejido óseo cerca de la superficie del fósil y destruye esa parte del espécimen durante el proceso, así que no siempre es el método idóneo para estudiar huesos fosilizados. Con todo, emplear la técnica en algunos huesos fosilizados selectos puede conducir a descubrimientos sobre la función evolutiva de los esqueletos.

Además de revelar las cavidades óseas que ocuparon las células, el estudio logró desvelar la forma y las conexiones de las células entre huesos, algo que nunca se había hecho antes. «Este método es muy prometedor», indica Sophie Sanchez, anatomista en la Universidad de Uppsala, en Suecia, que no participó en el estudio. Señala que sería de especial utilidad si se combinara con otras técnicas para examinar el hueso fosilizado en mayor profundidad, no solo su superficie externa.

Que los peces antiguos pudieran aprovechar los minerales acumulados en sus propios esqueletos en momentos de necesidad tuvo consecuencias importantes para la vida en la Tierra. Haridy señala que, sin desarrollar huesos celulares, es probable que los peces no hubieran sido capaces de emprender largas migraciones porque no habrían tenido los minerales necesarios para nutrir sus músculos.

Añade que quizá los vertebrados nunca habrían salido a tierra sin osteocitos, ya que las baterías óseas suministran calcio para poner huevos y para la lactancia. La evolución podría haber tomado un camino distinto, uno que no habría incluido criaturas como los dinosaurios o los mamíferos.

Lo que extrajo el equipo de los antiguos huesos de peces es solo el comienzo, dice Haridy. Revelar las células óseas en detalle, cientos de millones de años después de la muerte de las propias células, podría desentrañar todo tipo de secretos osteológicos que quizá no hayamos detectado antes. «Del mismo modo que los primeros TAC abrieron el campo de la paleontología y dieron lugar a nuevos métodos, predigo que este método seguirá sorprendiéndonos en el futuro», concluye Haridy.

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.