NeoFronteras

Reconstruyendo el árbol filogenético

Área: Genética — lunes, 2 de febrero de 2009

Según un nuevo estudio los animales pluricelulares más primitivos serían los placozoos y no las esponjas. Este estudio se une a otros que tratan de perfeccionar el árbol filogenético global, pero ciertas partes de este árbol parecen cada día más difusas.

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En julio de 1837, mientras trabajaba en su casa de Londres en la teoría de la evolución, Darwin tuvo una inspiración. Pasó la página de su libro de notas y escribió: “Pienso que”. Y entonces pintó el “árbol de la vida”. Con esa idea pretendía representar la aparición de las distintas especies de seres vivos a partir de un tronco común a lo largo de la historia biológica. Juzgó tan importante esta idea que fue el único dibujo que, una vez reconstruido, incorporó a su “El origen de las especies”.
Desde entonces este concepto del árbol filogenético se ha mejorado, ampliado y perfeccionado. Recientes avances clarifican, mejoran y rellenan este árbol, mientras que otros estudios ponen en duda su viabilidad.
Según el modelo actual, el árbol de la vida hundiría sus raíces en LUCA (Last Universal Common Ancestor) y de este tronco común surgen tres ramas principales: bacterias, arqueas y eucariotas. A partir de esa rama de eucariotas surgen otras y una de ellas incluye a los metazoos, es decir, a los animales pluricelulares entre los cuales nos encontramos nosotros.

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Boceto realizado por Darwin en el cuaderno de notas rojo B.

Hasta hace poco se creía que en la rama filogenética correspondiente a los animales pluricelulares, seres como las esponjas serían los más simples y, a partir de ahí, se llegaría evolutivamente a los cordados, que son los más complejos. Recientemente esta “secuencia de progreso” se ha puesto en duda al encontrarse pruebas genéticas en su contra.
Según un nuevo estudio, los metazoos más simples, que engloban a los corales, medusas y placozoos evolucionaron en paralelo respecto a los animales más complejos (que van de los gusanos planos a los cordados). Además, los placozoos, que son seres pluricelulares con forma ameboide, desbancarían a las esponjas y otros organismos (ctenoforos o medusas portadoras de peines) como los animales más cercanos al tronco principal del árbol filogenético.
Rob DeSalle, del American Museum of Natural History y uno de los participantes en el estudio, dice que su análisis implica que el mayor evento en la evolución animal diferenció a los animales bilaterales de los demás y además coloca a los placozoos como los seres más primitivos de estos animales no bilaterales.
Los placozoos fueron descubiertos en los laboratorios hace unos 100 años sobre los vidrios de los acuarios, carecen de sistema nervioso y tienen solamente cuatro clases de células somáticas. Su caracterización ha sido problemática hasta el momento, pero la secuenciación del genoma de una de sus especies realizada el pasado años ha ayudado mucho a la hora de comprender a estos seres.
Aunque algunos ya habían situado a estos seres en la base de la rama animal, se prestó poca atención a estos resultados. Este último estudio confirma definitivamente este punto.
En el estudio se tuvo en cuenta no sólo los datos genéticos de su genoma, sino los realtivos a su ADN mitocondrial y la caracterización completa del su ARN. Todos estos datos permitieron inferir la filogenia de estos seres en relación a los demás.

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Nuevo árbol de los metazoos. Foto: AMNH.

Los placozoos estarían en la base de los Diptoblasta (esponjas, medusas peine, medusas, corales y anémonas). Esto significa que las esponjas y medusas peine, que una vez se creyó que eran los mejores candidatos para estar en la base de la vida animal pluricelular son desplazados por los placozoos de ese punto.
Además, el estudio identifica una división profunda entre diptoblasta y bilateria-triblasta. Esto significa que la aparición del sistema nervioso se tuvo que dar dos veces y por separado, en lugar de aparecer una sola vez como se pensaba hasta ahora. Recuérdese que tanto los placozoos como las esponjas carecen de sistema nervioso.
Bernd Schierwater dice que quizás algunas personas se sorprenden inicialmente al saber que las células nerviosas en los cnidarianos y animales bilaterales (humanos incluidos) evolucionaron independientemente, pero que si nos fijamos en la morfología del sistema nervioso en ambos grupos de organismos vemos que las diferencias existentes sugieren que esta nueva filogenia debe de ser correcta.
Los placozoos tienen todo el conjunto de herramientas genéticas necesarias para recrear un sistema nervioso, pero simplemente no lo hacen aunque posean un conjunto de herramientas similares a la de todos los animales pluricelulares.

Los avances en este campo van a ser interesantes en los próximos tiempos. Con cerca de un millar de genomas total o parcialmente secuenciados la genómica comparativa nos permitirá reconstruir el árbol evolutivo o seguir la sensibilidad a ciertas enfermedades. Los nuevos métodos de secuenciación rápida y barata, y los nuevos métodos de comparación de genomas completos nos lo permitirán.
Quizás una de las nuevas herramientas sea la que se ha desarrollado recientemente en la Universidad de Berkeley.
Hasta ahora se comparaban los genomas de distintas especies u organismos centrándose en pequeños conjuntos de genes. Estos genes se ordenaban y luego se comparaban secuencias gracias a un programa informático. Pero este método puede ser deficiente a la hora de medir distancias evolutivas.

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Árbol de los mamíferos. Foto: Sung-Hou Kim lab, UC Berkeley.

El nuevo método, denominado FFP, pretende comparar todo el ADN, incluso los exones, intrones y transposones a la hora de realizar este trabajo. El método es similar a la comparación de libros completos. Las discrepancias filogenéticos que antes había en determinados grupos o dominios parece que pueden ser solventadas con este método. Los científicos implicados dicen haber tenido éxito incluso con bacterias y virus.

Por otro lado, varias ramas principales del “árbol de la vida” están sufriendo ataques. Para el caso de las bacterias y las arqueas parece que éste se asemeja más a una red que a un árbol y que la distinción de una especie de otra es cada día más difusa. Esto dejaría, según algunos, la idea del “árbol de la vida” obsoleta. La culpa la tiene al parecer la transferencia genética horizontal o TGH. Antaño se creía que la TGH era algo anecdótico que sólo afectaba a algunas bacterias en su empeño en dejar a nuestros antibióticos obsoletos. Parece que ya no es así.
Ya hemos mencionado que se puede utilizar la información del ADN para hacer comparación de genomas y así reconstruir el árbol filogenético. La idea es sencilla, cuanto más similares sean los genomas de dos especies más cerca están en el árbol filogenético. Pero esta tarea se hace más complicada cuando dentro de cada genoma aparecen secuencias que proceden de otras especies y que han sido asimiladas por TGH.
Conforme se secuencian más y más genomas se observa que el patrón en bacterias y arqueas es que ha sido habitual el intercambio de genes entre especies distintas, incluso a través de una larga distancia taxonómica.
Un grupo de investigadores examinó más de medio millón de genes de 181 procariotas (engloba arqueas y bacterias) encontrando que el 80% de ellos muestran signos de transferencia horizontal. Algunos investigadores sostienen que la historia de la vida no puede representarse con un árbol, mientras que otros sostienen que la idea principal del árbol es correcta y usan potentes programas de ordenador para poder recrear ese árbol a partir de los “núcleos genéticos principales” y obviando los genes adquiridos por TGH.
Los problemas para encajar a los procariotas en la idea del árbol también están ahí. Recordemos que la teoría establecida que habla de su propio origen implica la asimilación de procariotas libres que luego terminaron siendo orgánulos, como los plastos o las mitocondrias, en un proceso de endosimbiosis. Pero en eucariotas unicelulares también se ha encontrado una importante presencia de TGH.
En seres pluricelulares hay también hibridación, sobre todo en plantas, por lo que la idea del árbol tampoco encaja muy bien.
Aunque mínima también hay una presencia de TGH en animales pluricelulares (Proceedings of the National Academy of Sciences, vol 105, p 17023) que afecta incluso a humanos y que es probablemente debida a los virus.
Quizás la idea más loca de todas es la que propone Donald Williamson, que mantiene que la hibridación animal habría sido una fuerza evolutiva importante en la historia biológica. Llegó a esta conclusión a partir del estudio de la vida marina.
Los animales que habitan los mares acostumbran a soltar los óvulos a fecundar y el esperma en el medio. La inmensa mayoría de las veces un posible híbrido entre distintas especies no sería viable, pero de vez en cuando la fecundación cruzada entre distintas especies si habría dado lugar al cabo de millones de años al desarrollo de un nuevo animal que no fuera estéril.
La propia metamorfosis, según él, provendría de ese proceso al lograr enlazar secuencialmente dos genomas distintos. Una de las especies originales representaría el papel de larva y la otra el de adulto, con una transición que llamamos metamorfosis.
Muchos animales marinos tiene formas larvares muy distintas a la del adulto. Hay un caso en el que la larva de la estrella de mar Luidia sarsi contiene en su interior una pequeña estrellita que va creciendo dentro hasta que finalmente migra al exterior emergiendo como animal adulto al separarse del resto (hasta ahí todo normal). Lo increíble es que “el resto”, en lugar de degenerarse como es habitual, ¡vive como ser independiente durante varios meses!
Michael Syvanen de University of California Davis, sugiere por ejemplo que la única explicación al genoma de los tunicados es que éstos sean quimeras fruto de la hibridación de un cordado y un erizo de mar ancestrales.
Quizás haya que considerar al final que el árbol filogenético es una primera aproximación a la historia de la vida sobre la Tierra, de la misma manera que la mecánica de Newton es una buena primera aproximación a un determinado problema físico y si se quiere más se recurre a la Relatividad o a la Mecánica Cuántica. Esto significaría que la Biología habría entrado en una fase de madurez por la que ya habrían pasado otras ciencias como la Física y dejaría de ser la “Filatelia” de la que una vez fue acusada.

Fuentes y referencias:
Cuadernos de notas de Darwin.
Noticia en el American Museum of Natural History.
Nota de prensa en Universidad de Berkeley.
El origen del sistema nervioso encontrado en las esponjas.
Nuestra prima la anémona.
Árbol filogenético con ramas reordenadas.
Otro genoma primitivo secuenciado.
Foto cabecera: Trichoplax, por B. Schierwater.

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

  1. lluís:

    Efectivamente, fue nada menos que Ernest Rutherford el que dijo eso de que “la ciencia es física o es filatelia”. Quizá basó su argumento en que en el fondo de todo están los átomos y sus agrupaciones formando moléculas. No obstante, en el transcurso de la historia, ha habido notables físicos que se pasaron al campo de la biología, George Gamow y Francis Crick son ejemplos notables. Por lo que hace al “árbol de la vida”, a ver si va a resultar que se lo “lleva” uno de estos extraños tornados que se empiezan a prodigar donde nunca o casi nunca habían visto semejantes ventoleras.

  2. tomás:

    Hoy he podido leer este artículo con más detenimiento. Me ha fascinado por su trascendencia, sobre todo por la inimaginable complejidad que la naturaleza muestra. Cómo aquello de lo que parecíamos seguros se derrumba al profundizar en su estudio con nuevos puntos de vista, o se cae en parte y el resto pervive.
    También el conocimiento humano parece ser una extraña mezcla de red y árbol. Creo que la falta de comentarios se debe al asombro que debe producir en quien lo lee.
    Hoy creo que es uno de los mejores que he leído, pero también me ha sucedido eso alguna otra vez.
    Mi enhorabuena más sincera y gracias por producirme esta gratificante sensación.

  3. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Gracias por sus ánimos y apoyo. Lamentablemente la probabilidad de que aquí, o en otro medio, un artículo sea leído es inversamente proporcional a la extensión del mismo.
    En algunos medios y notas de prensa a veces se utilizan distintas técnicas para mantener la atención, como ir intercalando anticipaciones de resultados que luego aparecerán a lo largo del texto. Otros simplemente son cortos.
    Cuando se escribe este tipo de textos hay que tener en cuenta muchas cosas, además del tiempo disponible se debe de decidir el estilo, si va a ser frío y profesional o emocional y literario, si se va a contar sólo un aspecto o resultado o varios a la vez pero relacionados…
    Al final lo que empuja a hacerlo es la necesidad de compartir la excitación del conocimiento o el placer de la fascinación, el intento de saciar la sed de curiosidad con más agua salada o saber que la admiración provocada se da también en otros, aunque no sea en todos los demás.
    Es lo que Feyman definió como “The pleasure of finding things out”.

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