Las escamas de los cocodrilos no están codificadas en sus genes y se forman por fractura mecánica

Las plumas, los pelos y las escamas de muchos reptiles tienen un origen morfogenético, su organización espacial tiene como origen el mecanismo de reacción-difusión ideado por Turing, diferenciándose en el embrión a partir de primordios. Sin embargo, las escamas de los cocodrilos tienen un origen diferente, no están controlados por la genética y su morfología es aleatoria a partir de unas estructuras que se fracturan de forma mecánica; por tanto, su origen es biomecánico en lugar de morfogenético. De hecho, la geometría de las escamas en las partes derecha e izquierda de la cabeza es muy diferente. Un nuevo artículo en la revista Science ha combinado análisis de imágenes mediante técnicas de gráficos por ordenador con imágenes de los tejidos en el microscopio. La figura que abre esta entrada muestra cómo se agrieta la piel de un embrión de cocodrilo durante su desarrollo. En la imagen E45 no se observa ninguna grieta, pero en la E55 ya se observan varias grietas primarias a ambos lados de la mandíbulo superior (marcadas con puntas de flecha). En la imagen E65 se observan grietas secundarias   que conectan las grietas primarias. En la imagen E75 se observan las primeras escamas definitivas. El artículo técnico es Michel C. Milinkovitch et al., “Crocodile Head Scales Are Not Developmental Units But Emerge from Physical Cracking,” Science Express, Nov. 29, 2012 [DOI]. PS (4 ene 2013): El artículo ha sido portada de Science (339: 78-81, 4 Jan. 2013) y se incluye un slideshow.

En la columna izquierda de esta figura se observa la cabeza de una serpiente del maíz (Elaphe guttata); sus escamas tienen forma poligonal y son muy similares en todos los ejemplares, lo que indica un origen morfogenético. En la parte central de esta figura se observa la cabeza de un cocodrilo del Nilo (Crocodylus niloticus), cuyas escamas poligonales tienen una distribución espacial aleatoria, muy diferente de un individuo a otro, incluso cuando se camparan la parte izquierda y derecha de la cabeza del mismo individuo; en la parte central, abajo, se comparan las escamas de las caras derecha e izquierda del mismo en rojo y en amarillo, y la parte derecha, abajo, de dos individuos diferentes. El tamaño, la forma y la posición de las escamas depende de cada individuo cual huella dactilar.

El proceso de agrietado se inicia con la contracción de una capa de material de tal manera que se acumula tensión mecánica; cuando la tensión excede cierto valor umbral, que depende del material, aparece una fractura. Los cocodrilos tienen una piel gruesa y rígida por su gran cantidad de colágeno en la dermis y de β-queratinas en la epidermis. La piel de la cabeza es el doble de gruesa y está mucho más queratinizada. Durante el crecimiento embrionario de la cabeza, la gran cantidad de queratina provoca tensiones mecánicas que causan la aparición de grietas. a piel muy queratinizada, genera la tensión mecánica que causa agrietamiento. Aquí, no es la capa en la que se forman las grietas la que se contrae, sino la capa de sustrato subyacente la que crece (conduciendo el mismo resultado de forma efectiva). En las serpientes y lagartos las escamas se diferencian y crecen a partir de primordios seminales. En la cabeza presentan escamas grandes con una forma y posición bien definida según la especie. En los cocodrilos, aparecen durante el desarrollo de los primordios responsables de estas grandes escamas de la cabeza una serie de grietas primarias junto a una gran proliferación celular en la dermis, a modo de cura de la herida, que favorece la posterior formación de grietas secundarias. El siguiente vídeo aclara el tratamiento infográfico utilizado en este estudio.

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5 pensamientos en “Las escamas de los cocodrilos no están codificadas en sus genes y se forman por fractura mecánica

  1. El campo de la genética promete enormes avances en un futuro cercano. A pesar de que la ciencia ha avanzado enormemente en este campo aún nos falta muchísimo que aprender ya que la actividad de los genes es mucho más compleja de lo que parecía en un principio: solo el 1% del ADN codifica proteinas, encima parece ser que un mismo gen, aparte de activar o desactivar otros genes puede codificar cientos o miles de proteinas distintas según que trozo del “ADN redundante” se utilice para realizar la copia de ARN (dicho a grosso modo no soy un entendido). Aproximadamente otro 2% sirve para regular la expresión de los genes (el tiempo en el que están o no activos determinados genenes,etc) lo que añade más complejidad aún ya que pequeñísimos cambios en un gen promotor puede generar una nueva especie. Entre el 40-50% es “ADN basura” y otro 40-50% no se sabe que hace (el proyecto ENCODE está logrando algunos avances). Por tanto nos queda mucho por estudiar aquí, imaginar lo que se podría lograr cuando se logre entender como funcionan los complejos mecanismos genéticos es impresionante: desde curar cientos de enfermedades hasta “crear” dinosaurios tipo “Jurassik park”, aunque tambíen asusta el mal uso que podría hacerse de este conocimiento.
    Hasta ahora la gente ha vivido sin saber lo que somos (aunque existe gente como Mariló que sigue pensando que solo somos la casa del alma o alguna chifladura parecida :D) y ahora por primera vez en la historia la ciencia está en posesión no solo de explicar nuestro origen y el origen de nuestro comportamiento (existen “teorías” bastante impresionantes de como los genes regulan nuestro cuerpo y nuestro cerebro: http://revolucioncientifica.com/curiosidades%20cientificas/La%20influencia%20de%20la%20evolucion%20en%20nuestro%20comportamiento.asp) sino que estamos en disposición de modificarlo (aunque quizás no se deba pero eso es otro tema). Lo que está claro es que nos esperan grandes avances y muchas sorpresas dentro de este apasionante campo.

  2. Comentario “off-topic”: algunos medios (tirando de sensacionalismo creo yo) se han hecho eco de esta noticia http://phys.org/news/2012-11-unexpected-large-hadron-collider-collisions.html sobre los datos producidos en las colisiones con iones pesados en el LHC. Se trata de la correlación angular encontrada en las partículas dentro del plasma de quark-gluon, lo que me ha llamado la atención es que ya dan por hecho que los resultados se corresponden con el “nuevo estado de la materia”: el teórico “condensado color-glass”.
    Por cierto (más off-topic) ¿alguien sabe para cuando los resultados del satélite Planck?

    • Planck, las últimas noticias que tengo es que se publicarán en marzo de 2013 (salvo polarización y modos B que se retrasarán a principios de 2014).

  3. El artículo técnico se refiere sólo a las escamas de la cabeza: “Crocodile Head Scales Are Not Developmental Units But Emerge from Physical Cracking”. El título de la entrada en cambio indica que todas las escamas de los cocodrilos se forman por fractura mecánica. Tampoco me parece adecuado decir que las escamas no están codificadas en los genes: si fuera así no se formarían siempre. Lo que no está codificado genéticamente en las escamas de la cabeza es el patrón de desarrollo por mecanismos de reacción-difusión (RDM), que es lo que en el Abstract del artículo llaman “genetically controlled developmental units” o “genetically controlled elements”. En cambio en el resto del cuerpo se supone que sí, ya que las escamas y los osteodermos sirven para identificar las especies de cocodrilos y caimanes:
    http://www.ec.gc.ca/Publications/839625F8-BF8A-4169-BFB0-399233745A49%5CCITES-Identification-Guide—Crocodilians.pdf
    Por lo demás la entrada es muy buena.

    • Gracias, Daniel, por la aclaración. Quizás un título más adecuado hubiera sido “Las escamas de la cabeza de los cocodrilos se forman por fractura mecánica.”

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