Esa es la conclusión de un estudio realizado por un equipo internacional de investigadores liderado por la Universidad de Aarhus (Dinamarca) y publicado este miércoles en la revista ‘Nature’.

Los investigadores revelan cómo las aves han resuelto una paradoja biológica. Demuestran que las partes internas de la retina de los pájaros funcionan con privación crónica de oxígeno y recurren, en cambio, a la producción de energía anaeróbica.

Al mismo tiempo, el estudio desmiente una antigua suposición sobre una misteriosa estructura en el ojo que ha desconcertado a los científicos desde el siglo XVII.

La mayoría de los animales suministran oxígeno al tejido nervioso a través de densas redes de diminutos vasos sanguíneos. Esto se considera esencial, ya que las neuronas tienen una demanda energética excepcionalmente alta. La retina, una extensión altamente especializada del cerebro, no es la excepción y, de hecho, consume más energía que cualquier otro tejido del cuerpo.

PARADOJA

Las aves, sin embargo, presentan una paradoja. Sus retinas son avasculares, lo que significa que carecen de vasos sanguíneos dentro del propio tejido retiniano.

Se cree que esta característica mejora la agudeza visual, ya que los vasos sanguíneos dispersan la luz en su camino hacia el fotorreceptor. Sin embargo, se desconoce cómo sobrevive la retina sin irrigación sanguínea.

“Nuestro punto de partida fue simple. Según todo lo que sabemos sobre fisiología, este tejido no debería poder funcionar”, apunta el biólogo Christian Damsgaard, profesor asociado de la Universidad de Aarhus.

Si bien el punto de partida pudo haber sido sencillo, el camino hasta el final no lo fue. Damsgaard y un equipo cada vez mayor de investigadores, principalmente de la Universidad de Aarhus, tardaron ocho años en producir los resultados que finalmente se publican.

‘PECTEN OCULI’

Durante siglos, la explicación predominante ha sido que una estructura llamada ‘pecten oculi’ -un órgano con forma de peine y altamente vascularizado que sobresale en el cuerpo vítreo del ojo de las aves- suministra oxígeno a la retina. Esta estructura se conoce desde el siglo XVII, pero su función precisa ha permanecido en el terreno de la especulación.

Una de las razones es que nadie había medido directamente los niveles de oxígeno en la retina de las aves en condiciones fisiológicas normales, según los investigadores.

“Hacerlo es técnicamente extremadamente difícil. Es necesario mantener al animal en condiciones fisiológicas estables y normales mientras se realizan mediciones muy delicadas”, recalca Jens Randel Nyengaard, profesor del Departamento de Medicina Clínica de la Universidad de Aarhus.

En 2020, el equipo logró eso gracias a la colaboración con la experta en anestesiología veterinaria Catherine Williams, también de la Universidad de Aarhus.

Los resultados fueron inesperados: el ‘pecten oculi’ no aporta oxígeno a la retina en absoluto. Las mediciones mostraron que las capas internas de la retina se encuentran en un estado de privación permanente de oxígeno, y aproximadamente la mitad del tejido retiniano no recibe oxígeno.

NUEVAS PREGUNTAS

Si la retina no recibe oxígeno, ¿cómo produce suficiente energía para funcionar? Para responder a esta pregunta, los investigadores dedicaron varios años a estudiar mediante fisiología, biología molecular, imágenes y análisis computacional.

El progreso fue lento debido a la escala y complejidad de los datos y a la pandemia de covid-19, que restringió el acceso al laboratorio.

Utilizando la transcriptómica espacial, el equipo mapeó la expresión de miles de genes en secciones delgadas de la retina, lo que les permitió ver dónde estaban activas vías metabólicas específicas dentro del tejido.

“No estábamos analizando uno o dos genes, sino entre 5.000 y 10.000 genes a la vez, cada uno asignado a una ubicación precisa”, indica Damsgaard, quien agrega: “Eso nos proporcionó una especie de GPS molecular”.

Los datos revelaron un patrón sorprendente: los genes involucrados en la glucólisis anaeróbica (la descomposición del azúcar sin oxígeno) eran altamente activos en las capas internas de la retina privadas de oxígeno.

Este hallazgo, sin embargo, planteó otro problema: la glucólisis anaeróbica produce aproximadamente 15 veces menos energía por molécula de azúcar que el metabolismo basado en oxígeno.

“Este desajuste planteó otra pregunta: ¿cómo puede uno de los tejidos que más energía consume en el cuerpo sobrevivir con un proceso tan ineficiente?”, plantea Nyengaard.

VIEJA ESTRUCTURA

La respuesta surgió con estudios de imagen adicionales realizados en colaboración con especialistas en imágenes metabólicas. Mediante azúcar radiomarcado y autorradiografía, los investigadores demostraron que la retina de las aves absorbe glucosa a un ritmo mucho mayor que el resto del cerebro. Esto llevó al equipo de nuevo al ‘pecten oculi’.

Al revisar sus datos de transcriptómica espacial, identificaron una alta expresión de transportadores de glucosa y lactato en el ‘pecten’. Descubrieron que esta estructura actúa como una puerta de entrada metabólica: transporta grandes cantidades de azúcar a la retina y elimina el lactato, un desecho del metabolismo anaeróbico, de vuelta al torrente sanguíneo.

“El ‘pecten’ no es un proveedor de oxígeno. Es un sistema de transporte para la entrada de combustible y la salida de residuos”, sentencia Nyengaard.

El descubrimiento cambia fundamentalmente la comprensión de una estructura que ha sido malinterpretada durante siglos. “Básicamente, estamos derrumbando un castillo de naipes y reemplazándolo por otro. Castillo de naipes porque los hallazgos científicos no son inamovibles. Los nuevos resultados pueden aportar nuevos conocimientos. Así es como avanza la ciencia”, señala Nyengaard.

PERSPECTIVAS MÉDICAS

Los investigadores señalan que evitar el oxígeno y los vasos sanguíneos en la retina probablemente confiere una ventaja óptica, mejorando la agudeza visual. La evidencia evolutiva sugiere que este rasgo surgió en el linaje de los dinosaurios, dando lugar a las aves modernas.

“En afecciones como un derrame cerebral, los tejidos humanos sufren porque el suministro de oxígeno se reduce y se acumulan desechos metabólicos”, afirma Nyengaard.

“La naturaleza ha resuelto un problema fisiológico en las aves que enferma a los humanos. Esperamos que comprender esta solución evolutiva pueda inspirar nuevas formas de pensar sobre por qué los tejidos fallan ante la falta de oxígeno en las enfermedades y cómo se pueden tratar dichas enfermedades”, añade.