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Las lombrices de tierra son famosas por su notable capacidad regenerativa, pero este fenómeno no es universal en todas las especies. El mecanismo subyacente involucra células madre pluripotentes, que son células indiferenciadas capaces de dar origen a los diversos tipos de células que constituyen el cuerpo de una lombriz. Cuando se corta una lombriz de tierra, estas células madre se activan en el sitio de la lesión, proliferando y diferenciándose para reemplazar el tejido faltante.
Si bien muchas personas suponen que al cortar una lombriz por la mitad se obtienen dos organismos independientes, esto sólo es cierto para un subconjunto de especies. De las aproximadamente 1.800 especies de lombrices conocidas, la mayoría puede regenerar un segmento posterior a partir de una cabeza cortada, pero sólo un puñado puede regenerar una cabeza a partir de un corte posterior. Por ejemplo, el reptador nocturno común (Lumbricus terrestris) puede formar una nueva cola cuando se le quita la cabeza, pero el gusano negro que habita en los pantanos (Lumbricus variegatus) es capaz de regenerar tanto la cabeza como la cola, produciendo un gusano completo y funcional.
La capacidad regenerativa está aún más limitada por la extensión de la lesión y los tejidos específicos involucrados. Las lombrices de tierra poseen un cuerpo segmentado con alrededor de 100 a 200 segmentos; los primeros ocho segmentos albergan el sistema nervioso y el corazón. Sólo las especies que conservan la capacidad de regeneración cefálica completa pueden reconstruir los ocho segmentos de la cabeza. El gusano negro puede regenerar toda su cabeza independientemente de cuántos segmentos se pierdan, mientras que el gusano rojo (Eisenia fetida), un popular gusano de compostaje, normalmente regenera solo unos pocos segmentos anteriores.
Los órganos reproductivos de la mayoría de las lombrices de tierra se encuentran entre los segmentos 10 y 13. En especies como la lombriz de tierra común, la pérdida de estos segmentos no es una barrera para la reproducción, ya que el gusano puede regenerar sus testículos y ovarios. Por el contrario, los meneadores rojos no pueden reemplazar estos órganos si se eliminan, lo que deja al individuo estéril.
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Cuando se corta una lombriz de tierra después del segmento 23, a la cabeza le puede crecer una cola, pero la cola generalmente no logra regenerar una nueva cabeza. En algunos casos, las células madre en el sitio de la lesión pueden incluso producir un extremo posterior adicional, lo que da como resultado un gusano con dos colas y sin cabeza. Un gusano así puede sobrevivir brevemente absorbiendo oxígeno directamente del suelo, pero sin boca ni cerebro finalmente morirá de hambre. Por el contrario, las cabezas cortadas por debajo del segmento 20 pueden regenerar las colas, pero los intestinos regenerados a menudo no se forman correctamente, una condición que puede provocar estreñimiento fatal.
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Algunos gusanos se dividen activamente como estrategia reproductiva. Los gusanos negros, por ejemplo, responden a las fluctuaciones de temperatura dividiéndose entre el primer y segundo tercio de su cuerpo; cada fragmento regenera posteriormente la cabeza o la cola faltantes, completa con los órganos reproductivos. Las diminutas lombrices blancas Enchytraeus fragmentosus y Enchytraeus japonensis también emplean la fisión:a los fragmentos resultantes les crece una cabeza y una cola. Sin embargo, una separación accidental puede producir resultados aberrantes; un fragmento de cabeza puede generar una segunda cabeza en lugar de una cola, creando un gusano bipolar que tiene dos cabezas.
Más allá de los anélidos terrestres, ciertos gusanos acuáticos demuestran una capacidad regenerativa aún más extraordinaria. El gusano plano de agua dulce Schmidtea mediterranea, miembro del grupo de las planarias, se ha convertido en un organismo modelo para estudiar la regeneración debido a su capacidad para reconstruir cualquier parte del cuerpo perdida. Los investigadores han identificado células madre altamente plásticas, conocidas como neoblastos, que pueden diferenciarse en células cerebrales, células de la piel, células intestinales y más, todas ellas a partir de un único progenitor. A diferencia de las células madre de los mamíferos, que se comprometen irreversiblemente con un linaje, estos neoblastos conservan la capacidad de generar múltiples tipos de células a lo largo de la vida del gusano.
