Por qué el proceso en que se forman las escamas en las tortugas desafía lo conocido sobre la biología evolutiva

Las tortugas acaban de protagonizar un avance relevante en el campo de la biología evolutiva con el descubrimiento de un doble mecanismo en la formación de sus escamas cefálicas.

De acuerdo con un estudio conducido por la Universidad de Ginebra y publicado en la revista iScience, estos reptiles combinan procesos químicos y físicos durante el desarrollo de su piel, una característica sin precedentes entre los vertebrados.

Este hallazgo no solo redefine la comprensión sobre la evolución de las estructuras dérmicas, sino que también ofrece posibles aplicaciones en áreas como la biomimética, la arquitectura de materiales y la medicina regenerativa.

Según detalló la Universidad de Ginebra, el estudio fue liderado por el profesor Michel Milinkovitch, del Departamento de Genética y Evolución, y se enfocó en comprender el patrón escamoso de la cabeza de las tortugas. En el curso de la investigación, se observó que, a diferencia de otros vertebrados, donde las estructuras dérmicas como escamas, plumas o pelos se originan exclusivamente a partir de placodas controladas por señales genéticas, las tortugas presentan una dualidad en los mecanismos de desarrollo.

En las regiones periféricas de la cabeza, las escamas siguen el modelo químico clásico, caracterizado por la activación de genes típicos de las placodas. Estos genes —incluidos β-catenina y sonic hedgehog— regulan la reacción-difusión de moléculas señalizadoras y dan lugar a escamas poligonales y simétricas. Este patrón es común en otros grupos de vertebrados, como aves y mamíferos.

Por otro lado, en la zona superior de la cabeza, el equipo descubrió que la formación de escamas responde a un mecanismo completamente diferente: el plegamiento mecánico de la piel. Aquí, no se detecta expresión de los marcadores genéticos habituales, sino que es el resultado de tensiones físicas generadas por un crecimiento desigual entre las capas dérmicas y el hueso subyacente, lo que produce escamas irregulares, asimétricas y altamente variables entre individuos.

Rory Cooper, investigador postdoctoral y coautor del estudio, indicó a la Universidad de Ginebra que “este plegamiento mecánico explica las formas asimétricas de las escamas en la parte superior de la cabeza”. Además, Ebrahim Jahanbakhsh, experto en modelado computacional del mismo equipo, añadió que esta variabilidad también se aprecia entre los lados izquierdo y derecho de un mismo individuo, lo que refuerza la idea de que el componente físico introduce un grado elevado de diversidad individual.

Una parte central del estudio consistió en situar el fenómeno dentro de un marco evolutivo. Los resultados obtenidos por el equipo de la Universidad de Ginebra revelan que los cocodrilos, a diferencia de otros reptiles, también forman las escamas de su cabeza mediante plegamiento mecánico, sin intervención de placodas. Este hallazgo, en conjunto con lo observado en tortugas, sugiere que dicho mecanismo es un rasgo ancestral que probablemente existía en el linaje común que dio origen a cocodrilos, tortugas y dinosaurios.

Este rasgo se habría perdido en las aves modernas, que descendieron de dinosaurios, pero desarrollaron sus plumas mediante mecanismos puramente químicos. Según el propio Milinkovitch, “la capacidad de generar patrones escamosos mediante fuerzas mecánicas es un rasgo antiguo, anterior a la aparición de tortugas, cocodrilos y aves actuales”. Esta hipótesis se basa en análisis filogenómicos que ubican a las tortugas como grupo hermano de los arcosaurios, un clado que incluye a cocodrilos, aves y a sus ancestros extintos.

Para validar sus observaciones, el equipo utilizó una serie de tecnologías de alta precisión. Destacó el uso de microscopía de lámina de luz en 3D, que permitió obtener imágenes detalladas de las estructuras dérmicas y óseas de embriones de tortuga en distintas etapas del desarrollo. Esta técnica facilitó visualizar cómo las escamas químicas periféricas emergen primero, mientras que las zonas dorsales muestran un aumento de rigidez y comienzan a plegarse físicamente.

La hibridación in situ permitió detectar la presencia (o ausencia) de genes marcadores en las diferentes regiones, confirmando el patrón dual. Además, el equipo desarrolló modelos computacionales tridimensionales basados en los datos obtenidos por microscopía. Al variar parámetros como la rigidez de los tejidos o la tasa de crecimiento, lograron simular los patrones escamosos de diversas especies, incluidas la tortuga sulcata, la tortuga griega y la tortuga marginada.

Este enfoque combinado —biología del desarrollo, análisis genético, modelado físico y simulaciones computacionales— permitió demostrar que incluso pequeñas variaciones mecánicas pueden explicar diferencias significativas en los patrones escamosos entre especies e individuos. Así, el estudio de la Universidad de Ginebra refuerza la idea de que procesos físicos simples pueden dar origen a una notable diversidad morfológica.

Además, este modelo integrador puede aplicarse a otros sistemas biológicos, en los que la morfogénesis se ve influida por interacciones entre fuerzas físicas y señales moleculares, abriendo nuevas líneas de investigación en la biología evolutiva y del desarrollo.

Más allá del interés académico, este descubrimiento ofrece posibilidades concretas en áreas aplicadas. Comprender cómo la naturaleza genera estructuras complejas a partir de principios físicos básicos puede inspirar desarrollos en biomimética, un campo donde se imitan mecanismos biológicos para crear nuevas tecnologías.

En arquitectura y diseño de materiales, el conocimiento de cómo se pliega la piel bajo ciertas condiciones podría usarse para fabricar estructuras adaptables o materiales con patrones funcionales integrados. En el ámbito de la medicina regenerativa, el estudio de estos procesos podría informar estrategias para la reparación de tejidos cutáneos, la ingeniería de piel artificial o el diseño de implantes flexibles con propiedades biomiméticas.

La Universidad de Ginebra concluyó que este trabajo no solo amplía la comprensión de la evolución de los vertebrados, sino que también ofrece herramientas conceptuales y tecnológicas para abordar desafíos en ciencia, medicina y tecnología desde una nueva perspectiva inspirada en la biología evolutiva.