El vuelo de los insectos, el camuflaje de los pulpos y la cognición humana son tres ejemplos de innovación evolutiva que se basaron, en parte, en eventos de duplicación de genes hace cientos de millones de años.

Hace 700 millones de años, una criatura extraordinaria emergió por primera vez. Puede que no haya sido muy impresionante según los estándares actuales, pero era el primer animal que tenía una parte frontal y una trasera, una parte superior y una parte inferior. Esta fue una adaptación innovadora en ese momento, y una que estableció el plan corporal básico que la mayoría de los animales complejos, incluidos los humanos, eventualmente heredarían.

El discreto animal residía en los mares de la antigua Tierra, probablemente arrastrándose por el fondo marino. Este fue el último ancestro común de los bilaterales, un vasto supergrupo de animales que incluye vertebrados (peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos) e invertebrados (insectos, artrópodos, moluscos, gusanos, equinodermos y muchos más).

Hasta el día de hoy, más de 7.000 grupos de genes se remontan a este último ancestro común, según un estudio de 20 especies bilaterales diferentes, incluidos los humanos, los tiburones, las efímeras, los ciempiés y los pulpos. Los hallazgos han sido realizados por un equipo de investigación del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona y se publican hoy en la revista Nature Ecology and Evolution.

Sorprendentemente, el estudio reveló que alrededor de la mitad de estos genes ancestrales han sido reutilizados por los animales para su uso en partes específicas del cuerpo, particularmente en el cerebro y los tejidos reproductivos. Los hallazgos son sorprendentes porque los genes antiguos y conservados generalmente tienen funciones fundamentales e importantes que se necesitan en muchas partes del cuerpo.

El estudio demuestra que una serie de errores fortuitos de ‘copiar y pegar’ durante la evolución bilateral son los responsables. Por ejemplo, hubo un momento importante al principio de la historia de los vertebrados. Muchos genes expresados específicamente en tejidos aparecieron por primera vez coincidiendo con dos eventos de duplicación del genoma completo. Los animales podían conservar una copia para las funciones fundamentales, mientras que la segunda copia se utilizaba como materia prima para la innovación evolutiva. Eventos como estos, a escalas diversas, ocurrieron constantemente a lo largo del árbol evolutivo de los bilaterales.

Un legado genético ancestral que perdura

“Nuestros genes son como una vasta biblioteca de recetas que se pueden preparar de manera diferente para crear o cambiar tejidos y órganos. Imagina que terminas con dos copias de una receta de paella por accidente. Puedes conservar y disfrutar de la receta original mientras la evolución modifica la copia adicional para que en su lugar haga risotto. Ahora imaginemos que se copia todo el recetario –dos veces– y las posibilidades que se abren para la evolución. El legado de estos acontecimientos, que tuvieron lugar hace cientos de millones de años, perdura hoy en la mayoría de los animales complejos,” explica Federica Mantica, coautora del estudio e investigadora del Centro de Regulación Genómica (CRG).

Los autores del estudio encontraron muchos ejemplos de nuevas funciones específicas en los tejidos gracias a la especialización de estos genes ancestrales. Por ejemplo, los genes TESMIN y tomb, que se originaron a partir del mismo ancestro, acabaron desempeñando de forma independiente un papel especializado en los testículos tanto de vertebrados como de insectos. Su importancia se destaca por el hecho de que los problemas con estos genes pueden alterar la producción de esperma, afectando la fertilidad tanto en ratones como en moscas de la fruta.

La especialización de genes ancestrales también sentó parte de las bases para el desarrollo de los sistemas nerviosos complejos. Por ejemplo, en los vertebrados, el estudio encontró genes críticos para la formación de las capas aislantes, o vainas, que se forman alrededor de los nervios, y que son esenciales para la transmisión rápida de señales nerviosas. En humanos también identificaron FGF17, un gen que desempeña un papel importante en el mantenimiento de las funciones cognitivas en la vejez.

En los insectos, genes específicos se especializaron en los músculos y en la epidermis para la formación de cutículas, lo que contribuyó a su capacidad de volar. En la piel de los pulpos, otros genes se especializaron en percibir estímulos luminosos, lo que contribuyó a su capacidad para cambiar de color, camuflarse y comunicarse con otros pulpos.

Creación de características nuevas y únicas en los animales

Al estudiar la evolución de las especies a nivel de tejido, el estudio demuestra que los cambios en la forma en que se utilizan los genes en diferentes partes del cuerpo han tenido un papel importante en la creación de características nuevas y únicas en los animales. En otras palabras, cuando los genes comienzan a actuar en tejidos específicos, pueden conducir al desarrollo de nuevos rasgos o habilidades físicas, lo que en última instancia contribuye a la evolución animal.

“Nuestro trabajo nos hace repensar los roles y funciones que desempeñan los genes. Nos muestra que genes que son cruciales para la supervivencia y que se han conservado durante millones de años también pueden adquirir muy fácilmente nuevas funciones en la evolución. Refleja el acto de equilibrio de la evolución entre la preservación de funciones vitales y la exploración de nuevos caminos”, concluye el profesor de investigación ICREA Manuel Irimia, coautor del estudio e investigador del CRG.

Referencia:

Mantica et al. “Evolución de la expresión tisular específica de genes ancestrales en vertebrados e insectos”. Nature Ecology and Evolution.

Fuente: CRG

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