Morfogénesis

Qué es la morfogénesis

La palabra morfogénesis une dos raíces griegas: morphé (μορφή), forma, y génesis (γένεσις), generación u origen. Designa, de manera literal, el origen de la forma.

En biología del desarrollo, el término describe el conjunto de procesos por los que las células de un embrión se organizan en el espacio para dar lugar a tejidos, órganos y, finalmente, a la forma característica de una especie. No se trata de un fenómeno aislado: actúa junto con la proliferación celular y la diferenciación celular, y los tres mecanismos se entrelazan a lo largo de todo el desarrollo. Cuando ese proceso desemboca en la formación de un órgano concreto, entre la cuarta y la novena semana de gestación en la especie humana, se habla de manera más específica de organogénesis.

El embrión no crece aumentando de tamaño de manera uniforme, como un globo que se infla. Cada región se pliega, se invagina o migra de forma coordinada, siguiendo un programa que combina información genética y señales químicas locales.

Mecanismos moleculares y celulares

La morfogénesis se apoya en varios mecanismos celulares básicos. La proliferación regula cuántas células hay disponibles en cada región del embrión. En otros casos son grupos enteros de células los que se desplazan desde su lugar de origen hasta su destino final: es la migración celular. La muerte celular programada elimina de forma selectiva las células sobrantes entre estructuras en formación (es lo que separa, por ejemplo, los dedos de una mano que en un principio están unidos por una membrana). Asignar a cada célula una identidad y una función concretas es tarea de un cuarto mecanismo, la diferenciación celular.

Buena parte de esta coordinación depende de moléculas señalizadoras conocidas como morfógenos, que se difunden desde un punto concreto del embrión y forman un gradiente de concentración. Cada célula interpreta la concentración que recibe y responde activando un programa genético distinto según el umbral alcanzado. De este modo, un único mensaje químico basta para organizar territorios celulares enteros con destinos muy diferentes.

Historia del concepto

La comprensión moderna de la morfogénesis debe buena parte de su punto de partida a dos figuras que trabajaron con herramientas muy distintas. En 1917, el biólogo y matemático escocés D'Arcy Wentworth Thompson publicó On Growth and Form, una obra que explicaba la forma de plantas y animales recurriendo a principios físicos y matemáticos, y que se considera un hito fundacional de la biología matemática. Décadas más tarde, en 1952, el matemático británico Alan Turing propuso un modelo según el cual dos sustancias químicas que se difunden a distinta velocidad pueden generar, por sí solas, patrones espaciales estables: manchas, rayas, segmentos.

Formas de morfogénesis

La morfogénesis embrionaria es la más estudiada: transcurre desde las primeras divisiones del cigoto hasta el nacimiento, y en ella se enmarca la embriología como disciplina que la describe en su conjunto. El fenómeno, sin embargo, no termina con el nacimiento: numerosos tejidos siguen remodelando su forma durante la infancia y la adolescencia, en lo que se conoce como morfogénesis posnatal.

Existe, además, una morfogénesis regenerativa, presente en algunos tejidos y especies capaces de reconstruir estructuras perdidas a partir de una masa de células indiferenciadas llamada blastema. En el ser humano, esta capacidad es limitada y se restringe, sobre todo, a tejidos como el hígado o la piel.

Diferenciación con conceptos afines

La morfogénesis se confunde con frecuencia con la diferenciación celular. No son lo mismo. La diferenciación es un proceso celular: explica cómo una célula individual adquiere una identidad y una función concretas. La morfogénesis, en cambio, opera a otra escala: describe cómo el conjunto de esas células, ya diferenciadas o no, adquiere una forma tridimensional reconocible. Puede darse diferenciación con apenas cambio de forma visible; también puede darse, a la inversa, un cambio de forma notable con relativamente poca diferenciación adicional detrás.

Cuando los mecanismos de la morfogénesis se alteran durante el periodo embrionario, pueden originarse anomalías estructurales congénitas. El estudio de esas alteraciones corresponde a otra disciplina, la teratología, y queda fuera del alcance de esta entrada, centrada en el proceso normal.

Preguntas frecuentes

¿Quién identificó por primera vez cómo se generan los patrones biológicos?

No hay una única respuesta. D'Arcy Thompson, en 1917, mostró que las leyes físicas y matemáticas podían explicar buena parte de las formas biológicas. Alan Turing, en 1952, dio un paso más: propuso un modelo matemático capaz de generar, a partir de solo dos sustancias químicas en interacción, patrones espaciales como manchas o rayas sin necesidad de ningún plano previo que las dictara. Ese modelo, conocido como reacción-difusión, sigue empleándose hoy para explicar fenómenos tan distintos como el patrón del pelaje de un animal o la disposición de los dedos de una mano.

¿Qué significa literalmente la palabra morfogénesis?

Origen de la forma. Morphé significa forma en griego, y génesis, generación o creación.

¿Puede la morfogénesis repararse tras una lesión?

Sí, pero de forma limitada en el ser humano. El hígado y la piel conservan buena parte de esa capacidad; otros tejidos, como el sistema nervioso central, apenas la conservan.

¿Es lo mismo morfogénesis que embriología?

No. La embriología estudia todo el desarrollo prenatal como disciplina completa; la morfogénesis es uno de los procesos concretos que ocurren dentro de ese desarrollo, junto con el crecimiento y la diferenciación celular.

¿La morfogénesis ocurre solo antes de nacer?

Continúa tras el nacimiento, de forma más lenta, y reaparece de manera puntual en procesos de regeneración tisular a lo largo de toda la vida. No se limita, por tanto, al periodo prenatal.

Referencias

1. Wolpert's French Flag: what's the problem?. Development, The Company of Biologists.
2. Signaling in Cell Differentiation and Morphogenesis. PMC, National Institutes of Health.
3. The old and new faces of morphology: the legacy of D'Arcy Thompson. Development, The Company of Biologists.
4. Desarrollo fetal. MedlinePlus, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.