Sección longitudinal que ilustra la configuración en forma de celosía dentro del músculo sónico parophidion vassali. Crédito: Marc Thiry/Universidad de Lieja
Los investigadores acaban de hacer el descubrimiento inesperado de una nueva organización de las fibras musculares parophidion vassali, un pez que vive en el mar Mediterráneo y, como muchos peces, utiliza músculos especializados para producir sonidos. Este es un descubrimiento importante que bien podría cambiar nuestra comprensión de la contracción muscular.
Los científicos de la Universidad de Lieja, Eric Parmentier y Marc Thiry, han descubierto una disposición única de fibras musculares en el pez mediterráneo, Parophidion vassali, que podría revolucionar nuestra comprensión de la contracción muscular. Esta configuración única en forma de red de miofibrillas dentro de la fibra muscular podría permitir contracciones rápidas mientras se retiene la fuerza. Se necesita más investigación para comprender completamente esta nueva estructura de fibra muscular y sus implicaciones funcionales.
La historia de la descripción de los músculos esqueléticos tiene su origen en las observaciones realizadas por el biólogo holandés Antoni van Leeuwenhoek, precursor de la biología celular y la microbiología quien, en un artículo publicado en 1712 en Philosophical Transactions of the Royal Society, informó, gracias al uso de un microscopio portátil de lente única, la primera descripción de las fibras musculares de la ballena. En 1840, el anatomista William Bowman proporcionó una descripción más precisa del músculo, señalando: “la existencia y disposición de líneas alternativamente claras y oscuras […] que son de exquisita delicadeza y terminación.” (Consulte Acerca de las fibras musculares al final de este artículo).
Estudios posteriores han dado lugar a descripciones cada vez más claras, incluida la identificación de las diferentes moléculas que componen el músculo y una explicación de su funcionamiento, en particular el modelo de contracción muscular propuesto por el biofísico Andrew Huxley en 1957. Durante los últimos 300 años , numerosos estudios han extendido la representación de la organización de las fibras musculares a diferentes taxones. Esto ha demostrado que la organización general de las fibras musculares estriadas se ha mantenido perfectamente conservada en todos los grupos de animales vertebrados estudiados hasta la fecha.
Figura 1. Comparación de la organización del músculo esquelético “clásico” con miofibrillas paralelas y del músculo sónico con miofibrillas reticulares en parophidion vassali. Crédito: E.Parmentier/M.Thiry/Université de Liège
Sin embargo, la proporción de cada uno de estos componentes celulares puede variar de una fibra a otra, dando a estas fibras propiedades de contracción particulares. Por ejemplo, una fibra rica en miofibrillas con un retículo sarcoplásmico poco desarrollado se encuentra en los músculos que desarrollan fuerza durante la contracción. Por el contrario, las fibras bajas en miofibrillas con abundancia de retículo sarcoplásmico y numerosas mitocondrias están presentes en los músculos que desarrollan una mayor velocidad de contracción. Los músculos más rápidos se encuentran en los músculos sónicos de los peces, donde ciertos
» data-gt-translate-attributes=»[{» attribute=»»>species produce sounds using muscles that contract at a frequency of between 100 and 300 Hz, i.e. 100 to 300 contraction/relaxation cycles per second.
A recent study carried out in collaboration between the Functional and Evolutionary Morphology Laboratory, and the Cell and Tissue Biology Laboratory has revealed a new arrangement of myofibrils within the fibers of a sonic muscle in the fish Parophidion vassali. Rather than being arranged in parallel, the myofibrils form an enormous network within the muscle fiber, explains Prof Eric Parmentier, director of the Functional and Evolutionary Morphology Laboratory at the University of Liège.
Each myofibril subdivides into two branches at each sarcomere, one connecting to the myofibril above and the other connecting to the myofibril below (Figure 1B). This new muscle fiber design could result in a muscle that contracts rapidly while retaining strength. The paucity of myofibrils and the high volume occupied by the sarcoplasmic reticulum are in favor of fibers that contract rapidly.
“The network structure of the myofibrils would allow more myosin heads to form cross-bridges with the actin myofilaments, which would increase strength in this fast muscle,” explains Prof Marc Thiry, Director of the Cell and Tissue Biology Laboratory. “In addition, numerous mitochondria unusually arranged within the Z striae (very long in these fibers: 700 nm compared with 70 to 150 nm in a conventional muscle) appear to provide the energy needed to produce long-lasting sounds.”
This new type of organization of striated muscle fibers, never before described in the scientific literature, and which would therefore make it possible to combine muscular strength and speed, requires further studies to understand how it works and to determine whether there are adaptations at the level of the different molecules involved in these muscles.
Longitudinal section in a classic skeletal muscle. Credit: Marc Thiry/University of Liège
About Muscle Fibers
Striated skeletal muscle fibers or cells represent the elementary units of voluntary muscles (muscles that enable movements such as locomotion or posture maintenance) in animals. “Each fiber is characterized by numerous contractile elements, actin, and myosin myofilaments, organized in bundles parallel to the muscle fiber’s long axis, called myofibrils.
In the longitudinal section under the optical microscope, these fibers appear as a succession of light and dark bands located at the same level for each myofibril, giving the appearance of transverse striation to the muscle fiber. A darker line divides the light band in the middle, known as the Z striation. The portion of the myofibril between two Z striae is called a sarcomere and represents the contractile unit of the myofibril. Each myofibril is therefore made up of many sarcomeres placed end to end.
The myofibrils occupy a large cell volume and are surrounded by cisternae of the smooth endoplasmic reticulum (or sarcoplasmic reticulum), which stores the calcium essential for muscle contraction. In addition, mitochondria are located close to the myofibrils; they are the main source of ATP providing energy for muscle contraction.
