NeoFronteras

La genética del anfioxo y los vertebrados

Área: Genética — miércoles, 25 de junio de 2008

La secuenciación del genoma del anfioxo está arrojando una nueva luz en regiones clave del árbol de la vida.

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Ejemplares de anfioxos. Foto: Nature.

Un equipo internacional ha secuenciado y analizado los elementos genéticos fundamentales de un pequeño animal marino de cuerpo alargado, conocido como anfioxo o lanceta. Ese animal de aspecto de gusano no es conocido por el público en general pero está adquiriendo importancia en círculos científicos debido a su posición como el invertebrado vivo más cercano filogenéticamente a los vertebrados y por tanto al ser humano.
Aunque el anfioxo se separó de los vertebrados hace 520 millones de años su genoma aún porta pistas importantes sobre la evolución. Se parece mucho al ancestro de todos los vertebrados, incluido el hombre moderno. Recordemos que los vertebrados forman parte de un gran grupo, denominado los cordados, el más antiguo de todos ellos, desde el punto de vista evolutivo, que se conserva aún vivo es el anfioxo.
Este equipo estudió concretamente tres especies de lanceta (Branchiostomoa , Branchiostoma lanceolatum y Branchiostoma belcheri) de las 29 especies que hay en las costas de todo el planeta. El resultado que aparece en Nature se centra en el que es originario de Florida.
Debido a que el anfioxo ha evolucionado lentamente su plan corporal es muy parecido al de los primeros cordados. Así lo confirman los restos fósiles de sus antepasados del Cámbrico que tenemos (Pikaia). Además es un interesante punto de comparación para saber cómo evolucionaron y se adaptaron los vertebrados. La nueva información obtenida incluye datos de cómo los vertebrados emplearon genes antiguos para dotarles de una nueva función.
Los investigadores se están dando cuenta de que los complicados vertebrados de hoy en día no inventaron montones de genes nuevos para así ser más complejos. El genoma del anfioxo nos dice que los vertebrados tomaron viejos genes, los duplicaron y los recombinaron, cambiando su regulación y quizás su función genética.
El plan corporal del anfioxo sería una versión sencilla de lo que es un vertebrado. Originalmente descubierto en el siglo XVIII parece una pequeña sardina de cinco centímetros de largo con una pequeña cola y una aleta dorsal, pero sin aletas laterales. Obviamente no tiene vértebras, pero sí cerebro y un solo ojo. Pasa la mayor parte del tiempo enterrado en la arena con su morro extendido para filtrar comida.
Se han identificado entre cincuenta y cien regiones del genoma humano altamente conservadas durante 500 millones de años, se cree que esas regiones deben de ser muy importantes aunque se desconozca la función de la mayoría de ellas.
El genoma humano tiene solamente un 25% más de genes que el genoma de este animal. Pero parece que precisamente esa diferencia habría sido decisiva en el proceso evolutivo que dio origen a los vertebrados. La secuenciación del genoma del anfioxo está arrojando una nueva luz en regiones clave del árbol de la vida.

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Árbol filogenético bayesiano para unas cuantas especies. La unidad de 0.05 son las substituciones de aminoácidos por sitio en regiones alineadas. Este árbol nos daría una idea de cuánto han evolucionado unas especies respecto a otras y cómo se habrían escindido en otras. Foto: Nature.

Durante la evolución los antepasados de los humanos han duplicado genes para usarlos en diferentes funciones. Estas duplicaciones han dotado a los humanos y a otros vertebrados de una caja de herramientas genética capaz de crear estructuras que no están el anfioxo incluyendo, por ejemplo, células pigmentarias y cartílago basado en colágeno de tipo II.
En esta investigación los investigadores describen el éxito en la descripción del origen de una importante función como es la inmunitaria. Los vertebrados tienen dos tipos de sistemas inmunitarios, uno consistente en una primera línea de defensa frente a cualquier patógeno que entran en el organismo y otras evolutiva que desarrolla anticuerpo específicos para patógenos particulares con los que se haya entrado en contacto. Sin embargo, los invertebrados solamente disponen de un sistema inmunitario innato. En el anfioxo varias de estos genes relacionados con la inmunidad innata se han duplicado independientemente en el transcurso del tiempo. Podría ser que la segunda línea de defensa de los vertebrados, comparada con la de los invertebrados como el anfioxo, sea menos dependiente de la inmunidad innata para prevenir la infección.
La cresta neural de los vertebrados es un ejemplo de cómo un gen antiguo adquiere una nueva función. En todos los vertebrados, las células de la creta neural migran desde el tubo neural en desarrollo a través del cuerpo, dando lugar a las células pigmentarias, al cartílago de la cabeza y a otros tipos de células. Aunque el anfioxo tiene cerebro, un cordón espinal y los construye usando los mismos genes y de la misma manera que los vertebrados, el anfioxo no tiene cresta neural. Aún así el anfioxo tiene todos los genes necesarios para producir la migración de las células de la cresta neural. Los vertebrados solamente tuvieron que usarlos de una nueva manera. Se podría comparar con un cocinero que dejara los excedentes en el frigorífico y luego los usara para crear un nuevo plato.
Todo apunta a que hace 500 millones de años el genoma de los cordados era muy parecido al del anfioxo, y con el tiempo se multiplicó y cambió dando lugar al genoma de los vertebrados.
El mensaje de este resultado es que los genomas del humano y del anfioxo son muy similares.
En futuros análisis en profundidad de estos genomas se obtendrán más pistas importantes acerca de la evolución genética. Según los investigadores esto no es más que la punta del iceberg y serán necesarios años de estudios. En términos de comprender cómo ha hecho la evolución su trabajo el genoma del anfioxo parece ser una mina de oro y lo continuara siendo.

Fuentes y referencias:
Scripps Institution of Oceanography at UC San Diego.
Artículo original en Nature (de pago).

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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11 Comentarios

  1. Jaime Escobedo Hernández:

    Los Anfioxos, como las Lampreas, son Cordados, ya que presentan notocorda, en fase adulta y/o embrionaria, al igual que arcos branquiales, que son 9 en los anfioxos y 7 en las lampreas si mal no recuerdo… así que no sé por qué separan a este género de ése filo x_x

  2. tomás:

    Sres. de Neo:
    Quisiera pedir permiso para lo siguiente: Estoy escribiendo una especie de ensayo, una de cuyas parte trata de la onto y filogénesis del encéfalo humano. Al leer su artículo me ha parecido muy útil para mis fines y les transcribo aquello que he escrito donde he deducido e interpretado, aunque mínimamente, por si he incurrido en abuso o error:
    “…no puedo resistirme a comentar lo que acabo de leer en la web NeoFronteras, noticia que toman de la prestigiosa revista Nature:…” “Las veintinueve especies conocidas que viven en las costas templadas del planeta…” “¡Coincidimos en un 75 %! ¿Cómo explicar esto? Sólo admitiendo que en la evolución los genes modifican su cometido, son usados para otras tareas, cambiando, p. e. su localización en el cromosoma. También se han modificado, originado nuevos y perdido otros pero, en estos casos, tan sólo un 25 % del total para lograr la tremenda diferencia que nos separa.”
    Sea cual sea su respuesta, sólo el acceso al artículo ya merece ser agradecido.
    Un saludo.

  3. RicardM:

    Apreciado Jaime:
    El filo Chordata incluye, el subfilo Cephalochordata (que contiene a los amfioxos), el subfilo Urochodata (las ascidias) y el subfilo Craniata (o Vertebrata). Dentro de los Craniata hay las superclases Agnata (no mandibulados, que incluyen a las lampreas) y Gnatostomata (peces y tetrápodos). Es decir, que tanto los anfioxos como las lampreas, como las personas pertenecemos al filo de los cordados. Las lampreas se han colocado dentro de Vertebrata (en el subfilo Craniata), aunque no presentan verdaderas vértebras (ha habido discusiones sobre esto). No obstante, son craneados, a diferencia del anfioxo, que es acráneo. La importancia de los anfixos es que presentan el esquema básico carácterístico de todos los cordados, tanto a nivel filogenético como a nivel ontogenético.
    Saludos

  4. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Es estupendo que escriba ensayos sobre estos temas, y si usa material de esta web como referencia mejor aún.
    En cuanto a lo del 75%, es la cifra que daban en la nota de prensa. En otras fuentes se daban otras cifras más audaces. Se mantuvo esa del 75% por ser la más conservadora. Para amarillismos ya hay otras webs.
    En todo caso la diferencia entre humanos y estos seres es obviamente grande desde el punto de vista macroscópico. Reducir la diferencia al número de genes que no se tienen en común es un tanto simplista, la realidad es un poco más complicada. Incluso los genes que se suponen iguales pueden diferir en algunas bases, ser regulados de distinta manera o funcionar en diferentes organismos de distinto modo.
    La genética ha resultado ser algo más complicada de lo que se creía.
    Lo importante de este resultado es que pone de manifiesto cómo opera la evolución a escala molecular, cómo se produce la variación genética, esas duplicaciones y esos cambios. Y que el ser humano no es un ser hecho de “ectoplasma” aparecido de la nada un día hace 10.000 años, sino que es un subproducto de un desarrollo biológico histórico: una contingencia evolutiva, pero un contingencia que permite al Universo pensarse a sí mismo.

  5. NeoFronteras:

    Estimado RicardM:
    Muchas gracias por las aclaraciones técnicas.

  6. Jaime Escobedo Hernández:

    Gracias por la aclaración RicardM, acabo de terminar 1er Curso de CC.Ambientales y dimos zoología de forma muy general. Después de escribir el comentario busqué en Internet y encontré lo que buscaba.
    Un saludo.

  7. tomás:

    Estimados de Neo:
    Gracias en primer lugar. Su advertencia es precisamente parte de lo que quiero transmitir, junto con una lección de humildad. Pero no debo abusar y extenderme en el comentario.
    Saludos

  8. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Quizás le sea de ayuda un pasaje del artículo si desea afinar más:

    “Through a comparative analysis, we identify 17 ancestral chordate linkage groups that are conserved in the modern amphioxus and vertebrate genomes despite over half a billion years of independent evolution. Over 90% of the human genome is encompassed within these linkage groups, which display a tell-tale fourfold redundancy that is consistent with whole-genome quadruplication on the vertebrate stem. Comparison with sequences from the sea squirt, lamprey, elephant shark and several bony fish constrains the timing of the whole-genome events to after the divergence of vertebrates from tunicates and lancelets, but before the split between cartilaginous and bony vertebrates. Within the resolution of our analysis, we find evidence for rounds of genome duplication both before and after the split between jawless vertebrates (for example, lamprey) and jawed vertebrates, although a period of octoploidy encompassing the divergence of jawless and jawed vertebrates remains a possibility. Although most duplicate genes from these whole-genome events have been lost, a disproportionate number of genes involved in developmental processes are retained.”

    Según esto un 90% del genoma humano está incluido en el linaje del grupo. En otros puntos del artículo se hace incluso un análisis de la parte genética no codificante de proteínas. Obviamente estos seres tienen genes propios que nosotros no tenemos y hay que tener en cuenta también lo mencionado en el anterior comentario sobre polimorfismos y otros factores. De todos modos es asombroso esta similitud después de una distancia evolutiva temporal de 500 millones de años.

  9. Jordi Garcia-Fernandez:

    Apreciado amigo,
    básicamente el anfioxo y los vertebrados (incluídos nosostros), tenemos los mismos “tipos” de genes (lo del 75-90% es hasta cierto punto irrelevante), la evolución, desde mi punto de vista, simplemente ha procedido por la utilización sutilmente diferente de algunos de ellos (cierto que los procesos de duplicación génica facilitan esa utilización diferencial). En el caso del telencéfalo, probablemente la expresión diferencial de algunos genes tipo sonichh, DLx, etc. fueron la clave de su origen.

  10. tomás:

    Apreciados Neo y Jordi García-Fernandez que creo se dirije a mí:
    Infinitas gracias por vuestro interés en ayudarme. Estoy totalmente de acuerdo con vuestros comentarios.
    Mi escrito trata de la condición humana y aprovecho esa coincidencia genética para insistir en su base biológíca y que el lector se sitúe con su pequeñez ante la naturaleza. Al ser esa la razón del proyecto no puedo profundizar en casi nada, salvo en el fin. El resto es una preparación que me parece necesaria.
    Afectuosos saludos.

  11. Alicia Balbin:

    Me gustaría saber si alguien puede responderme a la pregunta, ¿cuántos genes de hormonas diferentes de vertebrados hay?
    Lo necesito para hacer un trabajo y no lo encuentro en la red.

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