NeoFronteras

Sobre brazos y branquias

Área: Biología,Paleontología — Lunes, 30 de Marzo de 2009

La “caja de herramientas genéticas” que los animales usan para crear aletas y miembros es la misma que controla el desarrollo de parte del esqueleto de las branquias en escualos.

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Sabemos más o menos como surgieron nuestros brazos y piernas a partir de las aletas de algún pez del Devónico que quiso aventurarse a explorar tierra firme, pero ¿de dónde surgieron sus aletas? Pues al parecer usted puede caminar y manipular objetos con sus manos porque en un pasado aún más remoto un cordado necesitaba respirar y desarrolló bráquias. Al menos a esa conclusión han llegado Andrew Gillis y Neil Shubin de University of de Chicago, y Randall Dahn del Mount Desert Island Biological Laboratory.
“De hecho”, afirma Gillis, “el esquelo de cualquier apéndice del cuerpo de los animales está probablemente estructurado por el mismo programa genético de desarrollo que ahora hemos conseguido retrotraer hasta la formación de las branquias en los tiburones”. Es decir, han conseguido encontrar atrás en el tiempo el origen del programa genético que controla la formación de aletas y miembros y es más antiguo de lo se pudiera pensar en un principio.
El hallazgo es consistente con la vieja teoría, frecuentemente discutida en los libros de texto, de que las aletas, y más tarde los miembros, evolucionaron a partir de las branquias de algún vertebrado ya extinto. Como el registro fósil está incompleto no se puede concluir definitivamente que los miembros evolucionaron a partir de las branquias, pero esta investigación muestra que la arquitectura a escala genética de las branquias, aletas y miembros es la misma. Como las branquias son imprescindibles a la hora de respirar bajo el agua no es difícil suponer que surgieran antes que las aletas.
Ya vimos en esta web el maravillo hallazgo que supuso el descubrimiento en 2006 de Tiktaalik, un pez fósil que ya disponía de extremidades a medio camino entre las aletas de pez y las patas de los tetrápodos. Como en ese caso se demuestra por la prueba fósil la evolución usó el mismo programa de desarrollo que creaba las aletas para crear una estructura anatómica distinta, en este caso los miembros de los primeros animales que conquistaron la tierra firme. Como esta transición fue lenta dio tiempo a que algunos individuos fosilizarán justo en la transición.
No se han encontrado aún fósiles de hace cientos de millones de años en un estadio en el que algunas branquias se estén transformando en aletas, pero los genomas conservan muchos genes ancestrales que nos dan pistas sobre cómo fue la evolución. La evolución no suele operar desde cero, sino que utiliza genes ya existentes y los modifica para nuevas funciones. Lo que se suele ver desde el punto de vista anatómico es que ciertas partes del cuerpo son modificadas para convertirlas en otras.

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El esqueleto de los arcos branquiales del tiburón muestra radios branquiales primitivos que sólo se encuentran en tiburones y otros peces cartilaginosos. Las branquias de los demás peces (derecha), los óseos, tienen arcos branquiales, pero ya carecen de radios. Foto: J. Andrew Gillis, University of Chicago.

En este caso han podido demostrar que el esqueleto de los arcos de las branquias y las aletas comparten los mecanismos genéticos de desarrollo. Además se muestra por primera vez que los arcos branquiales de los embriones de una especie de un especie de raya actual (escualo emparentado con los tiburones actuales y con los peces más primitivos que vivieron hace cientos de millones de años que posee radios branquiales) responden al tratamiento con de ácido retinoico (un derivado de la vitamina A) de la misma manera que lo hacen miembros y aletas: haciendo un duplicado especular de la estructura según el embrión se va desarrollando.
Según los investigadores la circuitería genética que estructura los apéndices que aparecen a pares, como brazos, piernas o aletas, tienen un origen evolutivo profundo y anterior al origen de los propios miembros.
Añaden que cuando los apéndices a pares surgieron, el mecanismo que se usó para crear el patrón esquelético fue tomado prestado del de las branquias. Según Gillis quizás deberíamos pensar en las branquias del tiburón como en otro tipo de apéndice, uno que es estructurado esencialmente de la misma manera que las aletas o miembros.
Las profundas similitudes regulatorias y funcionales entre apéndices a pares y el desarrollo de los radios branquiales, así como la antigüedad de la relación entre branquias y estos apéndices, sugiere que la red de señales inducidas por el ácido retinoico tuvo una función de desarrollo en las branquias anterior a la aparición de los apéndices en los vertebrados, y esta función ha sido retenida hasta hoy en día en las branquias de algunas especies de escualos.
Así que cuando se de un paseo por el parque y su mente sea libre de volar, piense en sus piernas como el producto, en última instancia, de una remota necesidad de respirar bajo el agua.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original (resumen).
Tiktaalik en Neofronteras.
Foto cabecera: raya (Wikimedia).

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

  1. lluís:

    Hace ya tiempo que nos hemos podido dar cuenta de la que la Evolución es un artefacto sorprendente. Así que es posible que cuando vaya por el parque y deje volar la mente piense que mis piernas son el producto de una remota necesidad de respirar bajo el agua. Ahora, según quien sea la titular del par de piernas, creo que lo último que pensaría es que son el producto de lo que son.

  2. tomás:

    Ripio inspirado en el comentario de lluís, al que se lo dedico:

    Una branquia entre dos branquias
    quiere entregarme mi amor:
    ni aunque fuera en una acequia
    me lo perdería yo,
    y mucho menos pensara
    que sólo es evolución.

    Un saludo.

  3. Ramonmo:

    Hace poco leía en PLoS un artículo que me resultó interesante por su manera de tratar la información genética. Resulta que, en vez de contemplar los genes implicados en el desarrollo como entidades independientes lo hacía agrupados en redes genéticas funcionales que pueden funcionar en cascada y, a la vez, como módulos. Esto implica que cambios pequeños en la regulación de un único gen (el primero de la cascada) pueden conducir a nuevas formas de expresión de todo un módulo, que podría de esta forma producir estructuras complejas nuevas. De esta forma aparecerían rápidamente novedades evolutivas y nuevos órganos que se integrarían con facilidad entre las estructuras preexistentes del organismo, sin necesidad de la acumulación aleatoria de muchas mutaciones beneficiosas.
    Recordemos que una de las críticas al darwinismo ha sido la excesiva gradualidad del mismo, que provoca la duda de si la evolución ha tenido tiempo suficiente de crear estructuras tan complejas como las que vemos. Esta visión de los genes como unidades modulares funcionando en cascada podría ser una forma de resolver el problema.
    Al final resulta que proyectos como el del genoma humano lo único que nos dan es la secuencia de letras del libro, pero para que sea realmente útil hace falta saber cómo formar las palabras.
    Saludos.

  4. lluís:

    Gracias tomás. Ingenioso el ripio. Y muy interesante el artículo que cita Ramonmo. Podría cerrar algunas polémicas referentes a los tiempos evolutivos y el desarrollo de estructuras complejas, en el sentido del comentario de Ramonmo.

  5. NeoFronteras:

    Por si no queda claro en el texto sólo decir que los apéndices a los que se refieren estos investigadores son los que aparecen a pares y no otros como el rabo de un gato, por ejemplo.

    Sobre lo que comenta Ramonmo está claro que una transcripción lineal de unos pocos miles de genes no pueden dar lugar a sistemas tan complejos como los animales o el ser humano. Debe de haber interacciones no lineales entre genes y un nivel epigenético por encima de ellos. Ya hay resultados al respecto.

  6. lluís:

    Hablando de genes me acabo de enterar por una nota de la Agencia Reuters, de algo que me parece interesante. Unos científicos han descubierto que las migraciones que emprenden las mariposas monarcas por miles y miles desde el Canadá hasta México tienen lugar por la interacción de un grupo no mayor de 20 genes (dicen que saben exactamente que genes son) que se activan en determinada época para que tales mariposas emprendan el vuelo. La nota también habla de un “reloj interno” y una “brújula”, pero ya se sabe como son las notas de las agencias de prensa. No suelen entrar en detalles. Quizás NF no abordará el tema porque es probable que salga en muchos medios de comunicación. Pero el misterio de esas migraciones, sobre las que se han hecho muchos reportajes tanto en revistas divulgativas como en documentales tv. parece aclarado.

  7. NeoFronteras:

    Sí que hay algo sobre ese tema de las monarcas, ha salido hoy en algunos medios.
    Desde que vi a estas mariposas colgadas a racimos al otro lado del charco me caen simpáticas. Tal vez se pueda hacer algo si no pisan mucho la noticia.

    Aquí un resumen:

    http://www.biomedcentral.com/1741-7007/7/14/abstract

    También hay una nota de prensa al respecto.

    Lo de las agencias es de juzgado de guardia. No se entiende por qué los que escriben las notas de prensa de las universidades son mejores que los “profesionales” de las agencias.

    Actualización:

    La noticia sobre monarcas está ya aquí:

    http://neofronteras.com/?p=2278

  8. NeoFronteras:

    Es interesante sacar aquí a colación que también a partir de los arcos branquiales de unos seres similares a las lampreas evolucionaron los huesos de las mandíbulas. Éstos siguieron varios caminos evolutivos distintos. El de los mamíferos desembocó en los huesecillos del oído medio, algo muy bien documentado tanto en el registro fósil como en el desarrollo embrionario. Incluso en las crías recién nacidas de canguro, sus futuros huesecillos del oído están unidos a la mandíbula y todavía la articulan.
    La emigración de estos huesos mandibulares es una de las epopeyas más fascinantes y bellas de la evolución.
    Por tanto también podemos masticar y oír gracias a que un antepasado muy remoto tenía la necesidad de respirar bajo el agua. Esto hace el paseo por el parque antes mencionado más interesante si cabe.

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