El propósito de la misteriosa red cerebral de los delfines puede finalmente entenderse


Cuando los delfines nadan en el océano, se ve sin esfuerzo. Al agitar la cola hacia arriba y hacia abajo, los elegantes mamíferos marinos se impulsan hacia adelante en un deslizamiento continuo que podría poner celoso a cualquier nadador humano. Pero este movimiento de la cola hacia arriba y hacia abajo ejerce mucha presión sobre el cuerpo de un delfín, comprimiendo sus órganos y enviando pulsos de presión sanguínea a su cerebro.

Ahora, los investigadores en Canadá tienen una teoría sobre cómo los cetáceos (delfines, ballenas y marsopas) logran proteger su cerebro de estos pulsos de presión arterial inducidos por la natación. Como se describe en un nuevo artículo publicado en Ciencias, todo es gracias a las redes especializadas de vasos sanguíneos conocidas como “retia mirabilia”.

Los científicos saben desde hace mucho tiempo que muchos animales tienen retia mirabilia. El médico griego Galeno describió las estructuras en el siglo II EC y les dio su nombre, que se traduce como “redes maravillosas”. De hecho, la retia mirabilia se parece a redes fibrosas complejas formadas por venas finas y arterias gruesas. Se pueden encontrar en una variedad de mamíferos, aves y peces, pero rara vez en humanos.

En la mayoría de los animales que las tienen, las retia mirabilia sirven como mecanismo de regulación de la temperatura y tienen una estructura única. “Casi puedes imaginar dibujar una flor con un centro realmente grande, como un girasol, por ejemplo, y pensar en ella como un gran tubo central rodeado por varios tubos más pequeños alrededor de ese círculo”, dice Sarah Kienle, bióloga de la Universidad de Baylor, que no participó en el estudio reciente. “Eso es esencialmente de lo que estamos hablando”.

Esa gran arteria central transporta sangre caliente desde el corazón del cuerpo hasta sus extremidades, mientras que las venas circundantes transportan sangre fría en la dirección opuesta, explica Kienle. Y debido a que están situados uno al lado del otro, el calor se transfiere entre la arteria y las venas para garantizar que ninguno termine demasiado frío o caliente.

Los flamencos son un ejemplo clásico de animales que se benefician de retia mirabilia, dice Kienle. “Porque permanecen en el agua durante la noche, [retia mirabilia] en la parte inferior de sus piernas ayudan a evitar que toda el agua fría provoque que la temperatura de su cuerpo se enfríe demasiado”, agrega. Se han encontrado retia mirabilia similares en mamíferos marinos, que ayudan a regular la temperatura de sus aletas, lengua y testículos.

Los delfines y otros cetáceos poseen retia mirabilia adicional que serpentea alrededor de sus pulmones, sube por la columna y llega al cerebro. Estas redes particulares son bastante diferentes de las que se encuentran en otros animales. Por un lado, los vasos sanguíneos involucrados son mucho más grandes y se asemejan a una masa de gusanos que se retuercen. Por otro lado, no parecen funcionar como reguladores de temperatura.

Molde de resina que muestra la aorta y las arterias en la retia de una ballena beluga. Crédito: Wayne Vogl

“Esta área, esta región de la cavidad torácica que conduce al cerebro, está mucho menos estudiada e identificada entre los mamíferos y especialmente entre los mamíferos marinos”, dice Kienle. Agrega que ha habido una serie de hipótesis sobre la función de las estructuras en esta área, pero ninguna explicación ha sido bien probada o ampliamente aceptada. Los autores del nuevo Ciencias papel creen que han encontrado la respuesta.

Los investigadores observaron la estructura biológica interna de 11 especies diferentes de cetáceos, incluidos los rorcuales comunes y los delfines mulares. Algunos de los animales fueron disecados por estos científicos, mientras que otros habían sido analizados por otros biólogos como parte de una investigación previa. “Todos eran animales que ya habían muerto”, la mayoría al vararse, dice Robert Shadwick, investigador de biomecánica de la Universidad de Columbia Británica, coautor del artículo.

Analizar las entrañas de todos estos cetáceos tomó algún tiempo. “Este estudio tardó unos 10 años en concretarse, más de 10 años, en realidad”, dice Wayne Vogl, biólogo de la Universidad de Columbia Británica, que también participó en el estudio.

Con base en su análisis, los investigadores ahora creen que uno de estos retia mirabilia previamente desconcertantes que está presente alrededor del cerebro de los cetáceos probablemente se desarrolló como una adaptación para proteger contra las demandas físicas de la natación.

Las ballenas, los delfines y las marsopas evolucionaron a partir de mamíferos que alguna vez vivieron en la tierra. Hace decenas de millones de años, los antepasados ​​de los cetáceos rechazaron la vida terrestre a favor del océano abierto. La transición a una existencia acuática no fue poca cosa para estos mamíferos; requirió una serie de adaptaciones especializadas.

Un desafío que estas criaturas tuvieron que superar fue el estrés que crea la natación. en el cuerpo. Como se señaló anteriormente, los delfines se impulsan hacia adelante empujando su gran cola hacia arriba y hacia abajo, lo que les causa mucho estrés. Este es el caso de otros cetáceos hoy también. “Toda la cavidad del cuerpo está debajo de la columna vertebral, por lo que en la carrera descendente, todo lo que está debajo de la columna vertebral se aprieta”, dice Shadwick. “Y en la carrera ascendente, se está descomprimiendo”.

Esa constricción y relajación, explica Shadwick, es la fuente de una enorme cantidad de presión, no solo en los órganos de los cetáceos sino también en los vasos sanguíneos circundantes. Eric Ekdale, biólogo y paleontólogo de la Universidad Estatal de San Diego, que no participó en el estudio, compara este proceso con los abdominales. “Cuando hacemos abdominales o abdominales, comprimimos nuestra cavidad abdominal”, dice. “Respiramos, y luego, cuando nos sentamos, exhalamos, y eso alivia un poco la presión”.

Pero los mamíferos marinos no pueden darse el lujo de exhalar. Con la excepción de los momentos en que salen a la superficie para tomar aire, los cetáceos tienen que contener la respiración mientras nadan. Entonces, ¿cómo manejan los cetáceos las presiones internas causadas por sus látigos en la cola? En particular, ¿cómo se aseguran de que los pulsos de presión arterial generados por cada golpe descendente no provoquen daño cerebral cuando lleguen al cráneo?

Ahí es donde entra en juego la retia mirabilia. Shadwick y sus colegas plantean la hipótesis de que una de estas redes esponjosas que se asienta junto al cerebro de los cetáceos mitiga los pulsos de presión a medida que pasa la sangre. Específicamente, los investigadores proponen que esta rete mirabile (la forma singular de “retia mirabilia”) transfiere pulsos de las venas a las arterias adyacentes de una manera que protege al cerebro del daño.

Para probar esta afirmación, los investigadores desarrollaron un modelo informático basado en las estructuras biológicas internas de las 11 especies que observaron. Y, de hecho, descubrieron que su hipotético sistema de transferencia de presión funcionaba: podía proteger el cerebro de los animales del 97 por ciento de los pulsos de presión. Ahora están seguros de haber encontrado el propósito secreto largamente buscado de las “maravillosas redes” de los cetáceos.

Vogl también señala que las focas, que pertenecen a un grupo diferente de mamíferos marinos, no tienen una red mirabile alrededor del cerebro. Esto respalda aún más la hipótesis del equipo sobre la función de la red. Mientras que los cetáceos mueven la cola hacia arriba y hacia abajo, comprimiendo sus órganos contra la columna, las focas mueven la cola de izquierda a derecha, lo que no provoca la misma presión interna. Las focas no necesitan regular los pulsos sanguíneos relacionados con la natación, y si eso es para lo que sirve una rete mirabile craneal, explica por qué las focas no tienen una.

Vogl especula que los ancestros de los cetáceos probablemente tenían retia mirabilia que conducía al cerebro antes de que llegaran a los océanos, pero que esta red tenía un propósito diferente en tierra. “Sospecho que en un momento probablemente fue termorregulador y que la función cambió”, dice Vogl.

Pero Ekdale, que estudia la transición evolutiva de los mamíferos al océano, no está seguro de eso. Sospecha que los ancestros terrestres de los cetáceos no tenían retia mirabilia que subiera por la columna vertebral hasta el cerebro y que esta red solo se desarrolló después de que esos mamíferos se trasladaron a los océanos y tuvieron que adaptarse a nadar sin aliento. “Probablemente sea una estructura novedosa, una adaptación novedosa para la vida en el agua”, dice. Pero admite que es imposible saber exactamente cuándo se desarrolló esta estructura porque los tejidos blandos, como los vasos sanguíneos, no se conservan en el registro fósil.

A pesar de adoptar una postura diferente sobre sus orígenes, Ekdale dice que encuentra que el nuevo artículo es una explicación plausible de la función de la red de vasos sanguíneos que alguna vez fue misteriosa e innegablemente maravillosa alrededor del cerebro de las ballenas y los delfines. “Creo que es una especie de solución ordenada para el problema específico de un mamífero completamente acuático”, dice Ekdale.