Organizador de Spemann: Controlador del destino celular

Experimentos tempranos en embriología

Antes de la década de 1880, el campo de la biología del desarrollo había sido principalmente descriptivo. Los investigadores observarían embriones en desarrollo y describirían los cambios que vieron. Ahora, se puede aprender mucho usando esta técnica, pero varios biólogos del desarrollo reconocieron que se podría aprender mucho más mediante la experimentación y manipulación de embriones. Wilhelm Roux fue uno de los primeros defensores de la manipulación de embriones. En 1888, publicó resultados que mostraban que si se mataba una célula de un embrión anfibio en etapa de dos células, solo la mitad del animal se desarrollaría. Sin embargo, aproximadamente al mismo tiempo, otro biólogo llamado Hans Driesch estaba realizando experimentos similares con embriones de erizo de mar. Pudo separar las dos células de los embriones y mantenerlos vivos. En 1892, publicó resultados que mostraban que cada una de las células separadas era capaz de formar un embrión de erizo de mar completo (pero de tamaño medio) por sí misma. Estos dos experimentos diferentes plantearon más preguntas de las que respondieron. La comunidad científica no estaba segura de qué hacer con los resultados contradictorios. Algunos creyeron los resultados de Roux y argumentaron que esto era una prueba de que incluso en la etapa de dos células, cada célula tenía un destino predeterminado y estaba destinada a convertirse en un conjunto específico de tejidos y órganos. Muchos de estos científicos sintieron que, dado que los experimentos de Driesch se realizaron en embriones de erizo de mar, los resultados no eran representativos de lo que sucedió en vertebrados. Sin embargo, hubo muchos científicos que dieron más crédito a los experimentos de Driesch. Creían que esto era prueba de que cada célula del embrión temprano era capaz de generar todos los órganos y tejidos del organismo completamente formado. Muchos de estos científicos se preguntaron si el método de Roux de matar una célula en el embrión estaba afectando de alguna manera a la célula restante y su desarrollo. Luego vino Hans Spemann. Usando cabello muy fino de un bebé humano, pudo separar las células de embriones de anfibios en la etapa de dos células y mantenerlas vivas haciendo un nudo entre ellas. Los resultados de este experimento fueron muy sorprendentes. En algunos casos, ambas células separadas produjeron embriones completamente formados de la mitad del tamaño, pero en otros, una célula formaría un embrión completo de la mitad del tamaño y la otra formaría solo la mitad ventral del embrión.

Los tres ejes principales del cuerpo

Ahora bien, es posible que no esté demasiado familiarizado con los diferentes ejes corporales, pero el eje dorsoventral entra en juego aquí, así que tomemos un minuto para hablar sobre él y los otros ejes corporales. El eje dorsoventral organiza el cuerpo desde la espalda hasta el vientre. Todos los vertebrados, y muchos otros animales, tienen un lado dorsal , que es el reverso del animal. Enfrente del lado dorsal está el lado ventral , o lado del vientre, del animal. Un segundo eje, llamado eje anteroposterior, organiza el cuerpo de la cabeza a la cola. El extremo anterior del animal se encuentra en su cabeza. Frente al extremo anterior está el posteriorextremo, que se encuentra en la punta de la cola del animal, o donde estaría la cola si ese animal en particular no la tuviera. El tercer eje principal del cuerpo es el eje de izquierda a derecha, que organiza el cuerpo de izquierda a derecha.

Organizador de Spemann

Bien, ahora que todos estamos familiarizados con los diferentes ejes corporales, volvamos a los experimentos de Spemann, que en la superficie podrían no tener mucho sentido. Después de todo, ¿de qué sirve el experimento si a veces ambas células pueden formar un embrión completo, pero otras veces una de las células forma solo las partes ventrales del embrión? Afortunadamente, Spemann fue muy observador y notó que si la primera hendidura separaba los futuros lados dorsal y ventral del cigoto, la célula del lado dorsal podría formar un embrión completo, y la célula del lado ventral producía solo la porción ventral. del embrión. Sin embargo, si la primera escisión deja a ambas células con parte del lado dorsal del cigoto, ambas células podrían formar un embrión completo. Spemann interpretó este resultado en el sentido de que la parte dorsal del cigoto contenía algún tipo de «organizador» que podría dirigir el desarrollo de otras células en el embrión. Él y su estudiante de posgrado, Hilde Mangold, comenzaron a realizar una serie de experimentos de injerto . Usando embriones de anfibios en etapa de gastrulación con diferentes niveles de pigmentación, trasplantaron un trozo de células del labio dorsal , o el lado dorsal del labio de la gástrula , de un embrión al lado opuesto de un segundo embrión. Sorprendentemente, el labio dorsal trasplantado indujo un segundo conjunto de ejes y estructuras corporales en el embrión. No solo eso, sino que la diferencia en la pigmentación entre el injerto y el embrión huésped permitió a Spemann y Mangold demostrar que el injerto estaba dirigiendo las células del embrión huésped para cambiar su destino y convertirse en estructuras y tejidos en los que no se habrían convertido sin el organizador trasplantado. . Debido a su capacidad para dirigir la diferenciación de las células a su alrededor y organizar las estructuras y ejes corporales, el labio dorsal de la gástrula anfibia ahora se llama organizador de Spemann . Ahora puede recordar que la gastrulación en los mamíferos ocurre de manera diferente que en los anfibios. Como resultado, los mamíferos no tienen un labio dorsal, pero aún tienen un centro de organización que tiene las mismas funciones que el organizador de Spemann, que se llama nodo . También puede escuchar el término nodo de Hensen, que se refiere al equivalente del organizador de Spemann en aves.

Resumen de la lección

Revisemos. Todos los vertebrados y muchos otros animales tienen tres ejes corporales principales. El eje dorsoventral organiza el cuerpo desde la espalda hasta el vientre. El lado dorsal es la parte trasera del animal. Enfrente del lado dorsal está el lado ventral , o lado del vientre, del animal. El eje anteroposterior organiza el cuerpo de la cabeza a la cola. El extremo anterior del animal se encuentra en su cabeza. Frente al extremo anterior está el extremo posterior , que se encuentra en la punta de la cola del animal, o donde estaría la cola si ese animal en particular no la tuviera. El tercer eje principal del cuerpo es el eje de izquierda a derecha, que organiza el cuerpo de izquierda a derecha. En la década de 1880, los biólogos del desarrollo comenzaron a realizar experimentos que manipulaban embriones en desarrollo de diferentes maneras para tratar de comprender cómo se controlaban cosas como la diferenciación celular y los patrones corporales. Entre estos primeros experimentos, el trabajo de Hans Spemann se destacó del resto. Pudo separar las células de los embriones de anfibios en la etapa de dos células sin matar ninguna de las células. En estos experimentos, observó que si la primera escisión separaba los futuros lados dorsal y ventral del cigoto, la célula del lado dorsal podría formar un embrión completo, y la célula del lado ventral producía solo la porción ventral del embrión. Sin embargo, si la primera escisión deja ambas células con parte del lado dorsal del cigoto, ambas células formarían un embrión completo. Spemann interpretó estos resultados en el sentido de que la parte dorsal del cigoto contenía algún tipo de «organizador» que podría dirigir el desarrollo de las otras células del embrión. Él y su estudiante de posgrado, Hilde Mangold, luego utilizaron embriones de anfibios en etapa de gastrulación con diferentes niveles de pigmentación en una serie de experimentos de injerto. Trasplantaron un trozo de células del labio dorsal , o el lado dorsal del labio de la gástrula, de un embrión al lado opuesto de un segundo embrión. Sorprendentemente, el labio dorsal trasplantado indujo un segundo conjunto de ejes y estructuras corporales en el embrión. Estos experimentos dieron como resultado el descubrimiento del organizador de Spemann , o el labio dorsal de una gástrula anfibia que es capaz de organizar las estructuras del embrión en desarrollo. Finalmente, se encontró el equivalente de pájaro del organizador de Spemann y se denominó nodo de Hensen. A esto le siguió el descubrimiento del equivalente en mamíferos, que simplemente se denominó nodo .

Objetivos de la lección

Después de ver esta lección, debería poder:

• Explicar los resultados contradictorios de los experimentos con embriones de Wilhelm Roux y Hans Driesch.
• Definir el eje dorsoventral, el eje anteroposterior y el eje izquierda-derecha
• Resumir los experimentos con embriones de Hans Spemann y sus resultados.
• Describe la función del organizador de Spemann.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador