Un estudio liderado por el Centro de Estudios Avanzados (CEAB) del CSIC describe el complejo mecanismo con el que las esponjas adquieren el silicio disponible en el agua del mar. Publicado en Science Advances, el trabajo concluye que estos canales pasivos para el paso de silicio se habrían conservado sin apenas cambios a lo largo de millones de años de evolución. El descubrimiento puede tener implicaciones para afinar terapias de regeneración y reparación de huesos en vertebrados.
Un estudio liderado por el Centro de Estudios Avanzados de Blanes del CSIC (CEAB-CSIC) ha desgranado los mecanismos de transporte de silicio en las esponjas marinas y ayuda a entender el proceso de formación de los huesos de sílice de los primeros animales del planeta. El equipo ha empleado un robot submarino para experimentar con estos animales invertebrados en las profundidades del mar.
En el proyecto, cuyos resultados se publican ahora en Science Advances, se han identificado dos tipos de transportadores de silicio en las membranas celulares: unos canales pasivos y unas proteínas que lo transportan activamente. Ambos elementos cooperan para conducir el silicio desde el agua de mar hasta el interior de las células, donde se forman los huesos de sílice de las esponjas. Los canales pasivos parecen haberse conservado a lo largo de la evolución sin apenas cambios.
“Se ha detectado que los canales transportadores de silicio de las esponjas se mantienen operativos incluso en humanos, donde parecen aprovisionar de silicio a las células formadoras de huesos durante ciertas fases del crecimiento óseo”, apunta Manuel Maldonado, autor de la publicación e investigador del CEAB.
El estudio, realizado en el marco del proyecto H2020 SponGES, está liderado por el CEAB-CSIC en colaboración con un equipo canadiense del Instituto Bedford de Oceanografía y otro del Museo de Historia Natural de Londres.
La misteriosa anatomía de los primeros animales del planeta
Las esponjas marinas son los primeros animales que existieron sobre el planeta y de sus ancestros derivan todos los animales. Son organismos con una anatomía extremadamente sencilla y única. Carecen de sistema nervioso, de músculos y de órganos sensoriales, entre otras cosas; si bien contienen millones de piezas esqueléticas en el interior de su cuerpo. Mientras la mayor parte de los animales construyen sus huesos de material calcáreo –por ejemplo, los esqueletos de los corales son de carbonato cálcico y los de los humanos de fosfato cálcico–, las esponjas lo hacen con silicio.
El silicio es el segundo elemento químico más abundante en el planeta, forma parte de sedimentos, minerales y rocas del océano, donde se encuentra disuelto en el agua de mar. Con él, las esponjas elaboran un compuesto llamado sílice, cuya fórmula química es “exactamente la misma que el cristal de nuestras ventanas”, señala Maldonado.
“Las esponjas fabrican literalmente «huesos de cristal» mediante un proceso del que nunca habíamos sabido mucho”, agrega el investigador.
Gracias al uso del robot submarino ROPOS, el equipo de investigación ha experimentado con esponjas vivas en el fondo del océano para dilucidar cómo el silicio se transporta hasta el interior de estos invertebrados.
“Hemos identificado un esquema de transporte de silicio mucho más complejo de lo que se anticipaba por tratarse de animales tan sencillos, con numerosas repercusiones para interpretar su evolución y la competencia por el uso del silicio en el océano entre los organismos silicificadores durante los últimos 65 millones de años”, explica el científico del CEAB.
Reparar huesos mediante silicio y otras aplicaciones en terapias experimentales
Conocer mejor este proceso biológico puede ser útil para imitar industrialmente los mecanismos desarrollados por las esponjas para procesar silicio isotópicamente purificado, que es un material semiconductor altamente apreciado en microelectrónica.
El hallazgo también permite entender las bases biológicas que apuntan a que la aportación de silicio, mediante dietas u otros tratamientos experimentales, ayuda a la reparación de huesos rotos en vertebrados. El estudio proporciona datos que pueden ayudar a rediseñar terapias experimentales para la regeneración ósea en humanos y otros vertebrados, incluso para inspirar tratamientos que palien procesos de raquitismo óseo.
“Desde el punto de vista evolutivo, también planteamos la novedosa hipótesis de que la silicificación y la calcificación no son procesos esqueléticos alternativos, sino mecanismos de biomineralización que han estado íntimamente ligados desde el origen mismo de la evolución de los animales”, indica Maldonado.
Artículo de referencia
Maldonado, M., López-Acosta, M., Beazley, L., Kenchington, E., Koutsouvelli, V., Riesgo, A. (2020) Cooperation between passive and active silicon transporters clarifies the ecophysiology and evolution of biosilicification in sponge. Science Advances 6. DOI: 10.1126/sciadv.aba9322 https://advances.sciencemag.org/content/6/28/eaba9322?rss=1