Resuelto el misterio del oído externo: un sorprendente legado de las branquias de peces e invertebrados marinos ancestrales
Un estudio revolucionario revela que el oído externo de los mamíferos, único en su tipo, tiene un origen evolutivo en las branquias cartilaginosas de peces y antiguos invertebrados marinos.
Por Enrique Coperías
Los científicos han logrado establecer una conexión genética inesperada entre las branquias de los peces y las orejas de los mamíferos, incluida la nuestra. Imagen generada con Grok
El origen evolutivo del oído externo, una característica exclusiva de los mamíferos, caracterizada por su complejidad y especialización, ha sido un misterio durante mucho tiempo. Sin embargo, un reciente estudio del laboratorio de Células Madre de la Universidad del Sur de California (USC), en Estados Unidos, ha revelado que esta compleja estructura cartilaginosa tiene raíces sorprendentemente antiguas en las branquias de peces e incluso en invertebrados marinos.
Este hallazgo, publicado en la revista Nature, ofrece una nueva perspectiva sobre la evolución del oído externo, que a primera vista parece completamente desconectado de las estructuras branquiales.
El oído externo de los mamíferos está compuesto principalmente por el pabellón auditivo u oreja y el conducto auditivo externo, que trabajan juntos para recoger, amplificar y dirigir las ondas sonoras hacia el tímpano, donde estas vibraciones se convierten en señales mecánicas que se transmiten al oído medio y, finalmente, al oído interno.
Una oreja para cada ocasión
El pabellón auricular es una estructura cartilaginosa recubierta de piel que varía ampliamente en forma y tamaño entre las distintas especies de mamíferos, y refleja adaptaciones específicas a sus entornos y estilos de vida. En los seres humanos, la oreja tiene un diseño complejo, con pliegues y surcos que ayudan a capturar y dirigir los sonidos hacia el canal auditivo.
En otros mamíferos, como los murciélagos o los zorros, la forma del oído externo puede estar altamente especializada para localizar sonidos con extrema precisión, especialmente en el caso de especies que dependen de la ecolocación o la caza nocturna.
Por su parte, el conducto auditivo externo, que conecta el pabellón auricular con el tímpano, también desempeña un papel fundamental. No solo actúa como un canal para las ondas sonoras, sino que también protege el oído medio y el interno mediante la producción de cerumen, que ayuda a atrapar partículas y microorganismos, manteniendo la salud del sistema auditivo.
Cada mamífero tiene adaptadas sus orejas al entorno, como las de esta hembra de gran kudú, que son como dos radares desplegados para detectar depredadores, como leones, hienas o leopardos, en los densos matorrales y sabanas donde habita. Cortesía: Magda Ehlers
En términos evolutivos, el oído externo es una innovación exclusiva de los mamíferos, lo que lo diferencia de otros vertebrados. Pero ¿cómo surgió?
«Cuando iniciamos el proyecto, el origen evolutivo del oído externo era una caja negra —dice el profesor Gage Crump, especialista en biología de células madre y medicina regenerativa de la Facultad de Medicina Keck de la USC, en una nota de prensa facilitada por la universidad. Y añade—: Habíamos estado estudiando el desarrollo y la regeneración de las mandíbulas de los peces, y una fuente de inspiración para nosotros fue el ensayo de Stephen Jay Gould An earful of jaw, que detalla cómo las mandíbulas de los peces se transformaron en los huesos del oído medio de los mamíferos. Esto nos llevó a preguntarnos si el cartílago del oído externo también podría derivar de alguna estructura ancestral de los peces».
Las branquias y las orejas comparten el cartílago elástico
El primer indicio que apuntaba hacia esta conexión evolutiva fue el descubrimiento de que tanto las branquias como las orejas comparten un tipo de tejido relativamente raro: el cartílago elástico. Este material, que no se mineraliza y, por tanto, rara vez se preserva en el registro fósil, ha dificultado durante mucho tiempo la identificación de vínculos evolutivos entre estas estructuras.
«Al comenzar este estudio, había muy poca información sobre la existencia de cartílago elástico fuera de los mamíferos. No estaba claro si los peces tenían cartílago elástico o no. Descubrimos que sí lo tienen», explica el profesor Crump.
El equipo de científicos utilizó elementos de control genético denominados potenciadores. Estos son secuencias específicas de ADN que no codifican proteínas pero desempeñan un papel crucial en la regulación de los genes. Actúan como interruptores que aumentan o disminuyen la actividad de un gen al interactuar con proteínas llamadas factores de transcripción.
Potenciador genético del oído externo humano que impulsa la expresión de la proteína de fluorescencia verde en las branquias de un pez cebra de dos semanas de edad. Cortesía: Mathi Thiruppathy and the Gage Crump Lab
Potenciadores en el ADN de peces cebra
Hay que señalar que los potenciadores son altamente específicos, controlan la expresión de genes en tejidos o momentos determinados, y pueden encontrarse lejos del gen que regulan. Son esenciales para el desarrollo, la diferenciación celular y la respuesta a estímulos en organismos multicelulares.
Pues bien, Crum y sus colegas incorporaron potenciadores en el genoma del pez cebra que contribuyen al desarrollo del cartílago elástico del oído externo humano.
Sorprendentemente, estos potenciadores del oído externo humano se activaron específicamente en las branquias de los peces transgénicos. Posteriormente, realizaron el experimento inverso: incorporaron potenciadores de las branquias del pez cebra en ratones transgénicos y observaron que estos se activaban en las orejas externas de los ratones.
Así pudieron establecer una conexión genética inesperada entre las branquias de los peces y las orejas de los mamíferos.
Algunos estudios han identificado un tejido similar al cartílago en las branquias y tentáculos de invertebrados marinos como los cangrejos herradura —arriba—, que han cambiado poco en más de 400 millones de años. Cortesía: Pexels
Los investigadores también estudiaron cómo estos potenciadores pueden rastrear la evolución del cartílago elástico a través de especies intermedias, como anfibios y reptiles. En experimentos realizados con renacuajos, descubrieron que los potenciadores del oído externo humano y de las branquias del pez activaban genes en las branquias de estas larvas.
Sin embargo, en reptiles como, los lagartos anole verdes, el cartílago elástico se había trasladado al canal auditivo, lo que demuestra una clara transición evolutiva que culminó en la creación de las prominentes orejas externas de los mamíferos.
Otro hallazgo significativo fue que el cartílago elástico podría tener un origen aún más antiguo de lo que se pensaba. Estudios previos habían identificado tejido similar al cartílago en las branquias y tentáculos de invertebrados marinos como los cangrejos herradura, que han cambiado poco en más de 400 millones de años.
Siguiendo el rastro hasta invertebrados marinos ancestrales
Al secuenciar el ADN de células individuales de las branquias de cangrejos herradura, los científicos identificaron un potenciador que, al ser colocado en el genoma del pez cebra, mostró actividad en sus branquias. Esto sugiere que el cartílago elástico, similar al que se encuentra en las orejas externas, pudo haber surgido por primera vez en invertebrados marinos ancestrales.
«Las branquias y las orejas externas tienen un aspecto y un funcionamiento muy distintos. Además, no se mineralizan, lo que significa que rara vez se recuperan en el registro fósil —explica Mathi Thiruppathy, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en el laboratorio de Crump. Y añade—: Por lo tanto, se necesitaba un enfoque diferente para explorar su posible relación evolutiva».
En palabras de Crump, «este trabajo aporta un nuevo capítulo en la evolución del oído de los mamíferos. Mientras que el oído medio surgió de las mandíbulas de los peces, el oído externo surgió de las branquias cartilaginosas. Al comparar cómo los mismos elementos de control genético pueden impulsar el desarrollo de las branquias y el oído externo, este estudio introduce un método innovador para entender cómo las estructuras pueden transformarse de forma drástica a lo largo de la evolución, desempeñando funciones completamente nuevas e inesperadas». ▪️
Información facilitada por la Keck School of Medicine of USC
Fuente: Thiruppathy, M., Teubner, L., Roberts, R.R. et al. Repurposing of a gill gene regulatory program for outer ear evolution. Nature (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08577-5
