Un equipo de investigadores ha usado la tecnología de edición de genética CRISPR para seguir la pista de un cambio evolutivo clave para explicar nuestro aspecto actual. Según las conclusiones del estudio, las manos y los pies no fueron producto de genes nuevos creando partes nuevas, sino que, a través de la selección natural, se formaron a partir de piezas de genes de la región del ano y los órganos sexuales de los primeros peces.
Hace 380 millones de años, nuestros ancestros acuáticos comenzaron a colonizar tierra firme, evolucionando en numerosas especies de vertebrados que estaban equipados con órganos como pulmones que nos permiten respirar oxígeno del aire, pies o manos. El nuevo estudio arroja luz sobre cómo surgió esta evolución y revela una estrategia evolutiva clave que consiste en reciclar lo que ya existe en lugar de construir algo nuevo.
«Es mucho más fácil que si tuvieras que construir desde cero», asegura Aurélie Hintermann, investigadora postdoctoral del Stowers Institute for Medical Research, en Kansas City (EEUU) y una de las autoras del estudio publicado recientemente en la revista Nature donde se describe el descubrimiento.
La maquinaria genética de los embriones
Para su estudio, los investigadores comenzaron analizando la actividad de genes en embriones en desarrollo. Un embrión comienza como un óvulo fertilizado con un conjunto único de genes y luego se divide en nuevas células que heredan esos mismos genes. Pero durante su desarrollo, las células encienden y apagan los genes en diferentes patrones, haciendo que se conviertan en tejidos y órganos particulares.
Las moléculas señalizadoras encienden esos genes atrapando al ADN en un lugar preciso, en un proceso que, según el equipo, recuerda a una llave en en una cerradura. Aunque no es solo una, muchos genes necesitan varias llaves para abrir esas cerraduras antes de poder activarse.
Denis Duboule, biólogo de la Universidad de Ginebra, y sus colegas descubrieron en 2011 media docena de cerraduras moleculares a lo largo de un tramo de ADN llamado 5DOM. Cuando 5DOM fue eliminado del ADN de un embrión de ratón, el embrión desarrolló piernas, pero no desarrolló pies.
La pista del pez cebra
Tras este descubrimiento, el Dr. Duboule y su equipo se preguntaron cómo evolucionó este conjunto crucial de cerraduras. ¿Surgió cuando nuestros ancestros salieron por primera vez a tierra y evolucionaron extremidades o existían ya antes en nuestros ancestros con aletas?
Para responder a esta pregunta, los investigadores del laboratorio del Dr. Duboule analizaron el genoma del pez cebra y descubrieron que también tenía 5DOM. Los peces cebra y los mamíferos comparten un ancestro común que vivió hace más de 400 millones de años. El descubrimiento del equipo de Ginebra sugirió que este ancestro primordial ya tenía 5DOM. «No podía estar ahí por casualidad», dice la Dra. Hintermann.
Hintermann, quien se hizo cargo del proyecto mientras trabajaba en el laboratorio de Ginebra, cultivó embriones de pez cebra a los cuales había quitado las cerraduras 5DOM usando CRISPR. Si las cerraduras eran importantes en el desarrollo de las aletas de peces, entonces eliminarlas podría revelar cómo.
Para su sorpresa, eliminar 5DOM tuvo poco efecto en las aletas en desarrollo. Sin embargo, sí tuvo impacto en una región en la parte inferior de la cola del pez cebra, donde hay dos aberturas: el ano, un orificio para la vejiga y órganos sexuales. Este descubrimiento llevó a los investigadores a examinar más de cerca la misma región en embriones de ratón y vieron que el 5DOM desbloquea los genes que construyen esa parte también en mamíferos.
La receta genética ancestral
Estos resultados llevaron a los científicos a una nueva hipótesis para la evolución de dedos de manos y pies. La historia comienza hace medio billón de años, con los primeros peces simples. Sus cuerpos eran poco más que cabezas conectadas a cuerpos alargados que tragaban comida que recorría un largo tracto digestivo hasta que los restos escapaban por el ano. Una abertura cercana se usaba para sexo y la liberación de orina.
Los embriones de este protopez desbloqueaban diferentes genes para crear las diferentes partes de su cuerpo. En el extremo posterior, 5DOM desbloqueaba los genes para el año así como la abertura para su uretra y órganos sexuales.
Esa receta genética no ha cambiado en todo este tiempo. Por eso 5DOM todavía controla el desarrollo de esa región tanto en peces cebra como en ratones. Y sí, también en los humanos.
«El hecho de que estos genes estén involucrados es un ejemplo llamativo de cómo innova la evolución, reciclado lo viejo para hacer lo nuevo», comenta Duboule. «En lugar de construir un nuevo sistema regulatorio para los dedos, la naturaleza ha reutilizado un mecanismo existente, inicialmente activo en la cloaca».
Fuente: msn.com