Sobre la antigua función de los genes Hox
Exploran qué tipo de papel pudieron jugar los genes Hox antes de que aparecieran los animales bilaterales.
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Uno de los descubrimientos más interesantes de la genética de los últimos tiempos es el de los genes Hox.
Los genes Hox juegan un papel esencial en los planes corporales de los animales con simetría bilateral y están tanto en humanos, como en un artrópodo como la mosca de la fruta.
Es un conjunto de genes cuya disposición secuencial construye el cuerpo de todos esos animales, desde la cabeza hasta el abdomen y la cola. Controlan la identidad de los diferentes segmentos de estos animales y desarrollan los programas genéticos que forman las diferentes estructuras del cuerpo, como los miembros a los órganos internos. La identidad de cada segmento depende de qué genes Hox son expresados en esa región del desarrollo del organismo en cuestión.
De algún modo, estos genes aparecieron hace unos 600 millones de años y posibilitaron la explosión del Cámbrico, pero los detalles de cómo sucedió esto se pierde en la noche de los tiempos. Sólo podemos atisbar qué pudo suceder a través de la reconstrucción del papel que tuvieron los genes ancestrales que dieron lugar a los genes modernos que sí podemos estudiar ahora.
Aunque también se han podido encontrar genes Hox en animales sin simetría bilateral, como los Cnidaria, grupo que incluye animales con simetría radial como las anémonas, corales y medusas, el papel que pudieran tener en el plan de regulación de la formación del cuerpo de estos animales tan diferentes era algo totalmente desconocido hasta el momento.
Ahora, un grupo de investigadores de Stowers Institute for Medical Research han abierto una ventana importante a ese pasado evolutivo al encontrar la función de los genes Hox de la anémona Nematostella vectensis. El hallazo proporciona a la comunidad científica una mejor comprensión de la función ancestral que pudieran tener estos genes hasta que fueron reusados de otro modo en la regulación de la formación del cuerpo en los animales de simetría bilateral.
«No hemos tenido nunca pruebas sobre cómo se originó el código Hox y cómo controlaba el desarrollo corporal antes de la aparición de los bilaterales. Mediante el estudio de la función de los genes Hox en la anémona podemos empezar a comprender el posible papel de estos genes en nuestro antepasado común más antiguo, unos 600 millones de años en el pasado», dice Matthew Gibson, líder del estudio.
Estos investigadores detuvieron la función del los genes Anthox1a, Anthrox8, Anthrox6a y Gbx en la anémona Nematostella vectensis de dos modos distintos. La primera mediante el uso de cadenas de ARN que los bloqueaban y la segunda eliminándolos directamente con la técnica de edición genética CRISPR-Cas9.
Encontraron que la pérdida o interrupción de la función del gen Hox daba lugar a defectos en la segmentación del cuerpo y en los tentáculos. La anémona mutante desarrollaba sólo dos o tres tentáculos en lugar de los habituales cuatro. Algunos tentáculos estaban alargados y parcialmente fusionados, mientras que otros se bifurcaban.
Según Gibson, esto indicaría que el posible papel ancestral de los genes Hox sería dirigir la formación de segmentos y conferir identidad a esos segmentos. Al pasar estos genes a los bilaterales, estas funciones se habrían separado y los genes Hox sólo controlarían la identidad del segmento.
Los autores añaden que el descubrir la existencia de código de genes Hox en el desarrollo de los Cnidaria proporciona a los biólogos evolucionistas nuevas pistas sobre el proceso de evolución de estos genes.
Estos genes existían antes de que los bilaterales y cnidarios se separaran del antepasado común, así que este equipo sugiere explorar más ramas del árbol filogenético de los Cnidaria para así poner a prueba si estos genes se emplean de una manera similar.
Gibson dice que estos hallazgos proporcionan también pruebas de que la evolución no necesariamente crea código genético más complejo. Hay una noción popular de que el proceso evolutivo aumenta la sofisticación y complejidad de manera inexorable, pero se sabe de muchos casos en los que esto no pasa. «Nuestro antepasado animal tenía una biología compleja regulada por el mismo tipos de genes que están presentes en los humanos de hoy en día. Sólo que se emplean de diferente manera», añade Gibson.
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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: Ahmet Karrabulut, Gibson Lab.
12 Comentarios
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domingo 30 septiembre, 2018 @ 11:45 pm
Las conclusiones finales, muy similares a las de Gould: la evolución no parece exhibir tendencia hacia la complejidad. Y otro buen ejemplo de la «Teoría Pepe Gotera y Otilio» del amigo Lluís.
lunes 1 octubre, 2018 @ 12:04 pm
Pero si, según Margulis, somos una simbiosis, eso ya es mayor complejidad. Yo diría que primero hubo de ser un primer ser vivo, luego más complejo y, a partir de un momento, unos tender hacia más y otros a menos complejidad, no guiados por una afinidad a aumentar la complejidad sino según la teoría evolutiva a la mejor adaptación con la finalidad de una mayor descendencia.
lunes 1 octubre, 2018 @ 8:26 pm
Es posible que aumente la complejidad, pero del edificio completo, del todo, aunque esto es muy discutible. Es como la entropía. Pero una pieza en particular no necesita volverse más compleja, ni tampoco más simple. Va quedando claro también que en la globalidad el concepto «individuo» no tiene ningún sentido como pieza a su bola, y obviamente, esto es otro palo para Mr.Dawkins (por quien tengo las mayores simpatías), porque los genes no es que compitan entre ellos, que lo harán pero no según las reglas que él preconizaba, sino que también se adaptan, como gen individual, como parte de un ser, de una especie y hasta de un nicho (nadie respira cloro, no hay genes para ese nicho).
Respecto a los planes corporales, aún tiene que haber más sorpresas. p.ej. en general (hay numerosas excepciones) los animales se desplazan, los vegetales (ídem) están más o menos fijos. Si bien los primeros son heterótrofos (eso, hay excepciones), y los segundos más o menos autótrofos, queda por ver si las estrategias me lleva el viento/me atornillo son puro azar (no para reproducirse), algún tipo de compromiso, un accidente (que no es exactamente una bonoloto) o a saber qué. Quiero decir, hay plan corporal cuando el agregado multicelular debe adaptarse, ¿a?
martes 2 octubre, 2018 @ 8:50 am
De tu última frase que parece afirmativa aunque acabas con el interrogante «¿a?», que parece referirse «¿a qué?, discrepo. No. no puede existir plan corporal, ni de individuo ni de especie. En una misma población de una especie unos tenderán -por poner un ejemplo no condicionado por una separación previa- a comer las hojas de abajo y puede que otros las de arriba. Eso puede ser motivo de separación de manera que los que prefieran las de abajo vayan desplazándose a una zona donde haya más abundancia de ellas y se vayan apartando de sus conespecímenes. Por último se formarán dos poblaciones separadas que evolucionarán según pautas distintas, sin otro plan que la adaptación al medio que dará como resultado una mayor descendencia de los más aptos o adaptados.
martes 2 octubre, 2018 @ 6:56 pm
Me refiero a la existencia misma de un sistema de plan corporal, obviamente creado por la evolución. Es la pregunta de «primera vez», o del salto cualitativo. Ha pasado muchas veces en la historia de la evolución, y casi siempre el paso nunca fue un proceso «discontinuo» o abrupto, como se tiende a pensar, no está el pez en el mar y hale hop, me salen patas en 2-3 generaciones, el cuadro global es mucho más complejo y el cambio cualitativo suele ser una serie de subproductos y colaterales que abren una vía nueva, de enorme éxito evolutivo.
En el caso del mar-a-la-Tierra la presión evolutiva es obvia, no hay problemas en imaginar tal presión que pudo tener lugar de muchas formas. A lo que me refiero es a que me resulta más difícil visualizar una presión evolutiva que pueda dar lugar a planes corporales, en general, no a los concretos que conocemos. P.ej. los árboles crecen y extienden sus hojas para captar luz solar y lo hacen además compitiendo con otros seres que tienen idéntica estrategia, es fácil de ver la razón de utilidad de su «plan corporal» (que incluye su «anatomía», su organización de tejidos etc.), pero no es fácil de ver qué presión puede originar el equivalente en los animales.
Porque claro, desconocemos completamente la situación de partida y no podemos reconstruirla.
miércoles 3 octubre, 2018 @ 10:30 am
El único plan corporal casi general que se me ocurre es el que pudo dar lugar a la transformación de la biota ediacárica. Pudo suceder que alguno de sus organismos sésiles o casi, adquiriese alguna movilidad y, de ahí consiguiese alimentarse mejor. Tenía a su disposición toda una fauna indefensa. En esa única especie los individuos se dispersarían para no competir entre sí: ya tenemos ahí un motor; quizá un plan. De la separación se sigue una distinta evolución adaptativa según los diferentes medios donde los individuos se desenvuelven: la adaptación también es un plan, el más clásico. Se dan entonces diferenciaciones que dan lugar a grupos distintos, en principio todos ellos predadores de los indefensos ediacarienses (o ediacarenses, no sé)hasta hacerlos desaparecer en unos pocos millones de años durante los cuales se diversificarían los primeros predadores por adaptación.
Claro que ese proceso no parece ser el que predican los paleontólogos que anulan a los ediacarienses quizá por un cambio del ambiente y la aparición casi de la nada de nuestros más antiguos ancestros, como el anomalocaris, que como sustituto de una hermosa langosta no quedaría tan mal en una mesa.
No sé si este tipo de versión es a lo que te refieres con un «plan», pero como hablas de situación de partida, me he ido todo lo lejos que he podido tan solo para suponer algo que podría haber sido posible, pero que no sé si compone el «plan» que buscas.
Otra cuestión sería, más general y válida para toda la historia de la vida, el aprovechamiento de la energía solar, por sí o transformada en lo que quieras. Por ejemplo, una vez asimilada en parte por los autótrofos, estos la entregan a los heterótrofos que siempre serán menos y aprovecharán menor %. Por último los descomponedores exclusivos devolverán, a su muerte, a la tierra los compuestos capaces de ser asimilados por los autótrofos consumiendo energía, en último término, solar. No sé si eso te sirve como plan. Ya me contarás con tu habitual brevedad.
domingo 7 octubre, 2018 @ 5:20 am
Querido Tomás, creo que el Dr. Thriller no se refiere a planes evolutivos, sino a la arquitectura del propio organismo, de sus tejidos y supongo que células.
«es fácil de ver la razón de utilidad de su “plan corporal” (que incluye su “anatomía”, su organización de tejidos etc.), pero no es fácil de ver qué presión puede originar el equivalente en los animales»
Pero tampoco te debo de entender del todo, querido Dr., porque yo diría que dado el diseño corporal que sea, y haya o no planes, la presión de selección promocionará, por ejemplo, las formas con mejor hidrodinámica para desplazarse por el agua.
Más abrazos.
domingo 7 octubre, 2018 @ 9:33 am
Pues sí que me parece que nos lo ha puesto difícil nuestro buen amigo Dr. Hasta es posible que se refiera al plan corporal llevado a cabo por los genes operadores que controlan a los genes estructurales. O sea si deben o no expresarse y en qué medida. Quizá también incluya en su mención a las proteínas reguladores de estos genes. En resumen, en si llevamos dentro que tal célula, al final, va a acabar formando parte de un dedo o del cerebro -por decir algo-; vamos, la cuestión de la expresión génica. Pero, aunque eso fuera posible, olvidaría que el ambiente también influye en ese proceso. En resumen, esperemos que sea buen chico y que nos lo aclare.
domingo 7 octubre, 2018 @ 9:36 am
Al fin y al cabo es de lo que -lateralmente- trata el artículo.
martes 9 octubre, 2018 @ 9:43 pm
Yo lo intento, pero las ideas las tengo muy asilvestradas.
M.A. ha conseguido descifrarme mejor. Sí, por supuesto, *una vez que las nuevas reglas entran en juego*, la evolución actúa. Pero yo me refiero al momento cero, es decir, dónde empezó la creación de tejidos y estructuras funcionales que evidentemente da paso a los planes corporales. Como intento argumentar, hay «saltos» (cualitativos) evolutivos que son intuitivamente «comprensibles», aunque estos saltos son siempre complejos, de múltiples fenómenos y no tan abruptos como tendemos a creer (sí, claro, abruptos a escala geológica). Por poner un ejemplo pedestre, ¿qué empuja a una cuasi-esponja a desarrollar órganos? A lo que me refiero es a la presión evolutiva. Hay el argumento de que al principio, como había nichos «vacíos» (por «potenciales», entiendo yo, p.ej. la tierra firme desértica), y que existiría como una presión intrínseca casi a los propios seres de ocupar todo. Pero entonces, ¿por qué se tardaron casi 3 eones en darse este paso?
martes 9 octubre, 2018 @ 10:07 pm
Hay una noción popular de que el proceso evolutivo aumenta la sofisticación y complejidad de manera inexorable…. “Nuestro antepasado animal tenía una biología compleja regulada por el mismo tipos de genes que están presentes en los humanos de hoy en día. Sólo que se emplean de diferente manera”
Es increíble como rápidamente se genero tal complejidad en la tierra… No solo de la explosión cambrica con todos los filos (asumo que por allí van los planes corporales de dr) sino ahora resulta que tenían una gran variedad genética.
Como se evoluciona tan rápido creando cosas y empiezan luego solo a reutilizar
viernes 12 octubre, 2018 @ 8:50 am
Dice Dr.: «por qué se tardaron casi 3 eones en darse ese paso?». Yo no diría tanto tiempo, puesto que se han encontrado fósiles de casi 3500 años de antigüedad e incluso es posible que de 3800. Pero desde que comenzó la primera vida había mucho espacio que ocupar y, además, gran parte de él podía ser inhóspito. Por otra parte, hubo de ser una sola especie la primera: mi Pacu. Sin competencia, no había motivo, o el motivo era lo aleatorio para cambiar. Entonces, necesariamente, las cosas hubieron de ir muy despacio. Casi diría que es posible que la vida se haya diversificado, sí con grandes saltos, pero quizá exponencialmente; una especie de combinación de ambas cosas, con sus extinciones y todo eso. Parece ser que la diversificación podría ser una constante; un plan -si Dr. quiere llamarlo así-. Las extinciones, accidentes. Y algún salto descomunal, como el inicio del Edicariense, quizá también.