NeoFronteras

Evolución morfológica y fisiológica

Área: Genética — lunes, 12 de abril de 2010

Han encontrado pruebas experimentales que sostienen la idea de que los cambios en la morfología de los seres vivos se dan a través de unos mecanismos genéticos diferentes que los cambios producidos en su fisiología.

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Ratones knockout. Fuente: Sanger Institute.

Los biólogos saben que la apariencia de un organismo y su fisiología interna están controladas por la evolución. Pero, ¿están controlados de la misma forma? Un estudio realizado por científicos de la Universidad de Michigan y el Instituto de Investigación de la Salud de Taiwan sugiere que no es así.
En el estudio Jianzhi “George” Zhang, Ben-Yang Liao y Meng-Pin Weng realizaron numerosas pruebas sistemáticas para demostrar o refutar la hipótesis que el biólogo molecular Sean Carroll propuso en 2005. Según Carroll los cambios en la morfología (forma, color y estructura externa del organismo) se dan a través de unos mecanismos genéticos diferentes que los cambios producidos en su fisiología (su funcionamiento orgánico interno). Algo que desafiaba el dogma establecido en la Biología. Carroll “cocinó” su hipótesis con unos cuantos ejemplos, pero esta idea controvertida no tenía ninguna prueba sólida sobre la que asentarse.
En un clásico artículo publicado en 1975 los biólogos evolucionistas Mary-Claire King y Allan Wilson discutían que la evolución, tanto el modo morfológico como en el del comportamiento suceden a través de cambios en la manera en la que los genes son encendidos y apagados, en lugar de a través de cambios directos en el producto de los genes. En la lengua de los genetistas, estas características están modeladas en el tiempo a través de cambios en la expresión genética y no a través de la secuencia de la proteína. King y Wilson se apoyaron para su idea en la comparación entre chimpancés y humanos, que son muy similares a nivel de la secuencia de proteínas, pero son muy distintos en apariencia y en comportamiento. Esta idea influyó sobre Carroll cuando propuso su hipótesis 30 años después. Pero en este caso sugirió que los cambios fisiológicos se deberían a cambios en la secuencia genética y que los cambios morfológicos serían el resultado de cambios en la expresión de genética.
Para poner a prueba esta hipótesis el equipo de Zhang se fijó en la base de datos de ratones manipulados genéticamente para silenciar o inactivar ciertos genes en particular (ratones knockout).
Encontraron unos 5200 genes que habían sido silenciados y estudiaron sus correspondientes efectos.
Buscaban genes que hubieran afectado solamente a características morfológicas pero no físicas. Encontraron 900 de ellos, genes que denominaremos “morfogenes”. Además, encontraron otros 900 “fisiogenes” que sólo afectaban a las características fisiológicas.
Después compararon los dos grupos de genes para ver si eran diferentes en los papeles moleculares de sus productos. Encontraron diferencias muy grandes. Los morfogenes eran más propensos a portar instrucciones de trascripción (las que determinan si otro gen debe activarse y cuánta proteína debe expresar). Por otro lado, los fisiogenes eran más propensos a producir enzimas, receptores y canales iónicos.
El siguiente paso fue examinar los patrones de evolución de ambos grupos de genes. En sus nuevos análisis Zhang y sus colaboradores encontraron que, a nivel de la secuencia proteica, los fisiogenes evolucionan (cambian) mucho más rápido que los morfogenes. Según Zhang esto sería consistente con la idea de que los cambios fisiológicos tienden a ser producidos por cambios en la secuencia de proteínas.
Después examinaron los datos relativos a la expresión genética, mirando cómo genes similares o diferentes son activados o desactivados en tejidos idénticos en diferentes especies, como por ejemplo en el hígado de ratones y humanos. Diferencias grandes indican cambios evolutivos más rápidos.
Encontraron más diferencias en morfogenes que en fisiogenes. En otras palabras, los morfogenes evolucionan más rápido, respecto a los patrones de expresión, que los fisiogenes. Un hallazgo que apoya la idea de que los cambios morfológicos provienen principalmente de cambios en la expresión de genética.
Según estos investigadores, el descubrimiento de que la morfología y la fisiología de los organismos vivos están controladas por diferentes procesos evolutivos genéticos no solamente puede ayudar a futuros estudios en el campo, sino que además puede ser de ayuda en el estudio de las enfermedades humanas.
El análisis de los datos genéticos de estos ratones sugieren que los defectos morfológicos son más propensos a ser una consecuencia de problemas con la expresión genética. Este conocimiento podría ayudar a identificar mutaciones productoras de enfermedades más rápidamente, porque reduce el conjunto de genes candidatos y mutaciones que los investigadores necesitan analizar.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa de la Universidad de Michigan
Artículo original.

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