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Genes regulatorios en peces y la conquista de tierra firme

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Genes regulatorios en peces y la conquista de tierra firme

Área: Genética — Martes, 19 de Julio de 2011
Genes regulatorios de peces trasplantados permiten el desarrollo de patas y dedos en embriones de ratones.
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Según mecanografío este texto soy consciente de que mis dedos son un producto de la evolución. Si las cosas hubieran sido ligeramente distintas ahora tendría doce dedos en lugar de diez, o puede que ocho. Hubo una época en que algunos vertebrados de transición tenían un número de dedos diferente. Sólo el antepasado de diez dedos consiguió el éxito de tener una descendencia que formara todos los vertebrados terrestres. Pero además de dedos hubo que crear codos, hombros, muñecas y otros rasgos anatómicos. Estudiar estos mecanismos, su aparición y evolución es uno de los campos más fascinantes de la Paleontología. Esto es algo de lo que ya hemos dado cuenta en NeoFronteras con anterioridad, pero que sigue siendo interesante. 
Esos cambios evolutivos permitieron al primer tetrápodo alzarse sobre la orilla por primera vez. Los mecanismos necesarios son básicamente los mismos que utilizamos ahora cuando, apoyándonos con nuestras manos, hacemos flexiones sobre el suelo.
Pero antes de que ocurriera todo eso se necesitaba la creación de los mecanismos genéticos necesarios que lo permitiera y que más tarde darían lugar a las complejas patas de todos los animales. ¿Cuándo fue esto posible? Quizás podamos pensar que fue justo antes de que los primeros tetrápodos empezaran a aventurarse por tierra firme, gracias a alguna gran innovación, pero no es así. Se acaba de descubrir que las instrucciones genéticas necesarias para la creación de la muñeca y los dedos ya estaban presentes en el genoma de peces primitivos millones de años antes de que sus descendientes se arrastraran por tierra firme.
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Genes de peces hacen crecer este miembro en el embrión de un ratón. Fuente: Igor Schneider, University of Chicago.
Un grupo de investigadores de la Universidad de Chicago dirigidos por Igor Schneider ha realizado un experimento precioso. Tomaron un interruptor genético del ADN de un pez y lo implantaron en el genoma de ratones de laboratorio. Los interruptores genéticos controlan el tiempo y localización de la actividad genética, es decir, son genes que controlan otros genes. En este caso los interruptores genéticos foráneos activaron los genes que controlan el desarrollo de miembros en los embriones. Estos interruptores que controlan la expresión de los genes de dedos no solamente están presentes tanto en peces como en ratones, sino que la secuencia genética de los peces puede activar todavía la expresión de esos genes en los ratones.
Este intercambio exitoso de genes sugiere que “la receta” para el desarrollo de miembros se conserva en especies distanciadas evolutivamente entre sí 400 millones de años.
Hay una bonita relación entre este descubrimiento y Tiktaalik, el fósil descubierto en 2004 por el equipo de Neil Shubin. Tiktaalik es una especie de transición entre los peces y los tetrápodos terrestres con una estructura esquelética similar a la de animales terrestres posteriores. Estos investigadores se inspiraron en ese fósil para realizar este estudio genético.
Las similitudes estructurales, sobre todo en la “muñeca” y “mano”, entre Tiktaalik y sus descendientes hicieron pensar a estos investigadores sobre la posible realización de un experimento que comprobara la homología entre rasgos fisiológicos y genéticos compartidos entre peces y animales terrestres.
Según Shubin este es un ejemplo de cómo el conocimiento sobre un fósil puede hacernos pensar sobre un experimento genético. Según él, Tiktaalik y sus parientes muestran que los miembros de estos seres eran ya básicamente los mismos que en sus descendientes, así que debía de haber un programa previo para su creación.
Los investigadores vieron que el gen CsB, que regulaba el desarrollo de los miembros en humanos, también lo hace en ratones, pollos, ranas, pez cebra y pez raya. Como el antepasado a todos estos animales precedió, con mucho, a Tiktaalik la comparativa ofrece pistas sobre la biología que hizo posible poner la primera pata sobre tierra firme.
Tantos millones de años de historia evolutiva diferente habrían cambiado las secuencias de CsB, así que era difícil pensar que pudiera funcionar un intercambio. Sin embargo, el CsB del ratón podía funcionar en el pez cebra (funcionaba “hacia atrás” en el árbol filogenético) y producía la región de la aleta en los peces. Y lo que resulta más excitante, las secuencias CsB, tanto de la raya como la del pez cebra, eran capaces de activar la expresión de genes que controlan la formación de la muñeca y dedos en las patas del ratón. Esas secuencias funcionaban “hacia adelante”, de tal modo que las versiones “antiguas” funcionaban en organismos más “modernos”.
Recordemos que un pez raya es un pez cartilaginoso cuyo linaje se remonta muy atrás en el tiempo, así que estos mecanismos genéticos ya estaban presentes mucho antes de que algún pez óseo se atreviera a aventurarse por las orillas de algún mar.
Aunque en este caso la homología no es tan evidente como la morfología, pues una aleta no es una mano, puede estudiarse retrospectivamente en los genomas. Allí están presentes las regiones regulatorias que controlan la formación de esas estructuras que además son compartidas por estos organismos.
Este resultado contradice experimentos similares que se realizaron anteriormente y que sugerían que los tetrápodos surgieron gracias a la aparición de sistemas de desarrollo novedosos. Pero según este nuevo resultado, los interruptores genéticos que controlan la formación de los miembros ya estaba presente mucho más cerca de la base del árbol evolutivo animal. Fue una modificación de un programa ya existente desde hace casi 500 millones de años el que permitió mucho más tarde la aparición de los vertebrados terrestres.
Ahora ya hay una coherencia entre registro fósil y los datos genéticos sobre este asunto y, por tanto, se puede relatar una historia en la que tanto los fósiles como la expresión genética tienen sentido a la luz de la regulación genética. Empezamos a saber qué es lo que permitió ese salto de nuestros antepasados del agua a tierra firme, algo que constituye una de las mayores aventuras de la evolución sobre la faz de la Tierra.
Los experimentos futuros se centrarán en el estudio preciso de cómo funciona este sistema de regulación de genes, examinando las diferencias entre las distintas secuencias de diversas especies. Cambios sutiles en el tiempo y localización de esta expresión genética pueden producir los cambios dramáticos en la anatomía que permitieron a los animales explorar tierra firme.
Este resultado nos enseña, unan vez más, que la evolución siempre trabaja modificando lo que ya hay y que pocas veces hace innovaciones revolucionarias y que las secuencias genéticas importantes tienen a conservarse en el tiempo.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3559

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Thalia