Alquimia Genética

Convirtiendo Langostas en Moscas de la Fruta

Por Leslie Mullen

Biólogos de la Universidad de California en San diego, tienen evidencias genéticas que explican cómo fue posible que ocurriesen las drásticas alteraciones de los esquemas corporales durante las primeras evoluciones de los animales.

¿Cómo fueron capaces las estructuras corporales de someterse a cambios a gran escala durante el curso de la evolución? Por ejemplo, ¿cómo pudo algo que parecía un ciempiés evolucionar hasta algo tan diferente como una mosca de la fruta? Esta es una cuestión que ha preocupado durante mucho tiempo a los biólogos que estudian la historia de la evolución. Las mutaciones genéticas que alterarían dramáticamente la estructura de los cuerpos podría potencialmente matar a un organismo antes incluso de que tuviera la oportunidad de vivir.|

Biólogos de la Universidad de California en San Diego, tienen evidencias genéticas que explican cómo fue posible que ocurriesen las drásticas alteraciones de los esquemas corporales durante las primera evoluciones de los animales.

En un artículo publicado en el ejemplar del día 21 de Febrero de Nature, Matthew Roshaugen, Nadine McGinnis, y William McGinnis describen cómo una simple mutación genética fue la causa de que artrópodos acuáticos, con extremidades en cada segmento de sus cuerpos, evolucionaran hace 400 millones de año hasta los radicalmente diferentes cuerpos planos de los insectos terrestres de seis patas.

El equipo UCSD indica que una mutación ocurrió en una clase de genes regulatorios conocidos como homeóticos, o genes “Hox”. Los genes Hox actúan como interruptores principales, encendiendo y apagando otros genes durante su desarrollo embrionario. Los genes Hox determinan el destino de cada célula en el embrión, asegurando que los órganos y el resto de partes del cuerpo se forman correctamente en el animal en el que se desarrollan.

Un gen Hox particular llamado Ultrabithorax, o “Ubx,” regula la formación de extremidades. En los insectos, Ubx suprime el desarrollo de alas y patas en el abdomen, asegurando que sólo se desarrollen estas estructuras en el tórax. Si el gen Ubx se retira de los insectos modernos como las moscas de la fruta, desarrollarán patas rápidamente desde cualquier segmento abdominal.

El gen Ubx de los insectos puede también suprimir el 100 del desarrollo de las patas cuando es activado de forma no apropiada en el tórax. El equipo UCSD encontró una proteína del Ubx que deriva de un crustáceo con muchas extremidades (Artemia, o Gamba Salada) únicamente pud suprimir el 15 por ciento del desarrollo de extremidades cuando se activó en la región torácica de las moscas de la fruta. Pero cuando los científicos realizaron una cuantas mutaciones en la versión crustácea de la proteína Ubx para hacerla más similar a la del insecto, la proteína fue capaz de suprimir todo el desarrollo de extremidades.

“Este tipo de gen es uno que enciende y apaga montones de otros genes para crear estructuras complejas,” dice Roshaugen. “Lo que hemos hecho es mostrar que este cambio altera la forma en que activa y desactiva otros genes.”

“La diferencia en la supresión de extremidades de la proteína Ubx entre moscas de la fruta y Artemia refleja el desarrollo del gen con el tiempo. El ancestro de estos dos organismos tenía extremidades en todos los segmentos del cuerpo. A lo largo del curso de la evolución, la proteína Ubx se desarrolló para desactivar los genes que se necesitan para la formación de extremidades. Los ejemplos de archivos fósiles muestran varios cuerpos planos de artrópodos que evolucionaron debido al desarrollo de este gen –por ejemplo, los primeros insectos tendían a tener más grupos de alas y patas que los que se ven en los insectos modernos.
“Lo innovador de este estudio es que un cambio en un gen regulador –en este caso el gen Ubx– puede tener consecuencias morfológicas dramáticas,” dice Andrew Knoll, un paleo – biólogo de la Universidad de Harvard, que no estuvo implicado en el estudio. “Hemos sabido desde hace mucho que las mutaciones en redes regulatorias conduce a la evolución morfológica, pero la discusión se enfoca en datar la expresión genética. Se trata de un cambio estructural que altera el patrón regulatorio.”

Los genes Hox se encuentran en todos los animales, incluidos los humanos. Los genes Hox parecen haberse desarrollado bastante pronto en la historia de la vida en la Tierra, y probablemente puedan aportar pistas vitales acerca del curso de la evolución.

Las plantas terrestres contienen homólogos de genes Hox, por lo que parece que un ancestral gen parecido al Hox existió en el último antecesor común de plantas y animales, el cual era un organismo unicelular que vivió por lo menos hace 1200 millones de años,” dice Knoll. “El fólis más antiguo cuya morfología implica genes Hox controlando la pauta anterior-posterior proviene de un animal de 555 millones de años de antigüedad del norte de Rusia.”

Los científicos ya sospecharon que las mutaciones de Hox podrían causar cambios dramáticos en los cuerpos planos. Un argumento en contra de esta posibilidad fue que, desde que cada cromosoma en una pareja tiene sus propios genes Hox, se necesitaría la misma cantidad de genes Hox mutados en ambos cromosomas para observar los cambios en la estructura corporal.

“Es increíblemente improbable que se obtengan mutaciones en el mismo gen en dos cromosomas en un único organismo,” dice McGinnis. “Pero en nuestro caso particular, la variedad de mutaciones que se dan en este gen se llaman mutaciones dominantes, por lo tanto únicamente se necesita mutar uno de los cromosomas para conseguir un cambio en el cuerpo.”

“Todos lo cambios morfológicos parece que están basados en evento genéticos de un tipo de algún modo como este,” añade Knoll. “Por eso, estamos aprendiendo lentamente las bases genéticas para los cambios morfológicos que se observan en los fósiles.