La receta de la evolución: ¿Por qué pulpos, humanos o insectos evolucionaron de forma diferente?
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Una investigación en la que participa el gallego Manuel Irima revela que la duplicación de genes a partir de un ancestro común que vivió hace 700 millones de años es uno de los motores en la diferenciación de las especies animales y lo que ha permitido a cada una de ellas seguir su propio camino
16 abr 2024 . Actualizado a las 10:08 h.La mayoría de los animales que existen sobre la Tierra, incluidos los seres humanos, tienen simetría bilateral. O, lo que es lo mismo, si nos cortasen verticalmente por el centro de nuestro cuerpo la parte de la derecha sería simétrica con la de la izquierda. Es el legado que ha dejado a la inmensa mayoría de las especies un ancestro común a todas ellas que surgió hace unos 700 millones de años. Era una especie de gusano que se arrastraba por el fondo marino, pero que ya presentaba una parte frontal y una trasera, una superior y otra inferior. Reunía en su morfología el plan corporal básico que ahora mantienen los animales complejos, desde un ciempiés a un pulpo, desde una golondrina a un tiburón o desde una efímera a las propias personas.
Y a este ancestro común le debemos también algo más de 7.000 grupos de genes esenciales para la supervivencia que aún se mantienen hoy en día, aunque cada especie haya recorrido su propio camino evolutivo. ¿Qué nos ha hecho entonces diferentes? Parte de este misterio radica en la capacidad de estos genes ancestrales para ser reutilizados por los propios animales para su uso en partes específicas del cuerpo, particularmente en el cerebro y los tejidos reproductivos.
La mitad de estos genes se duplican para orientarse a funciones específicas sin comprometer el funcionamiento de los esenciales. El vuelo de los insectos, el camuflaje de los pulpos o la cognición humana son solo algunos de los mínimos ejemplos que se han basado en este mecanismo de duplicación de genes, uno de los motores de la evolución que ha seguido una ruta distinta en cada especie. Es lo que acaba de demostrar un equipo del Centro de Regulación Genómica de Barcelona (CRG) en un estudio publicado en Nature Ecology Evolution.
«Una copia de estos genes se mantiene para seguir realizando las actividades básicas de supervivencia, pero la otra queda libre para evolucionar hacia nuevas funciones más específicas. Cada especie ha seguido su propio camino evolutivo, pero cada una de ellas ha utilizado el truco de copiar o duplicar sus genes ancestrales para especializarlos en cosas nuevas», explica el investigador gallego Manuel Irimia (A Coruña, 1981), director del grupo de Transcriptómica del Desarrollo y la Evolución en el CRG y coautor de la investigación.
O, si se prefiere, en este proceso de corta y pega genético, con los errores fortuitos que ello ocasiona, se encuentra el libro de recetas de la evolución. Es la imagen que utiliza Federica Mantica, autora principal del trabajo en el laboratorio de Manuel Irimia. «Nuestros genes —dice— son como una vasta biblioteca de recetas que se pueden preparar de manera diferente para crear o cambiar tejidos y órganos. Imagina que terminas con dos copias de una receta de paella por accidente. Puedes conservar y disfrutar de la receta original mientras la evolución modifica la copia adicional para que en su lugar haga risotto. Ahora imaginemos que se copia todo el recetario (dos veces) y las posibilidades que se abren para la evolución. El legado de estos acontecimientos, que tuvieron lugar hace cientos de millones de años, perdura hoy en la mayoría de los animales complejos».
Que la duplicación de los genes ancestrales y los errores fortuitos derivados de esta copia sea uno de los motores de la evolución es algo que se había planteado hace décadas. «Se sabía que era algo importante y nuestro trabajo descubre cómo de común y extendido es este mecanismo», precisa Manuel Irimia, profesor de investigación Icrea y adscrito también a la Universidad Pompeu Fabra.
«Una copia de estos genes se mantiene para seguir realizando las actividades básicas de supervivencia, pero la otra queda libre para evolucionar hacia nuevas funciones más específicas. Cada especie ha seguido su propio camino evolutivo, pero cada una de ellas ha utilizado el truco de copiar o duplicar sus genes ancestrales para especializarlos en cosas nuevas», explica el investigador gallego Manuel Irimia (A Coruña, 1981), director del grupo de Transcriptómica del Desarrollo y la Evolución en el CRG y coautor de la investigación.
Del vuelo de los insectos a la cognición humana
Los autores del estudio encontraron muchos ejemplos de nuevas funciones específicas en los tejidos gracias a la especialización de estos genes ancestrales. Por ejemplo, los genes TESMIN y tomb, que se originaron a partir del mismo ancestro, acabaron desempeñando de forma independiente un papel especializado en los testículos tanto de vertebrados como de insectos. Su importancia se destaca por el hecho de que los problemas con estos genes pueden alterar la producción de esperma, afectando la fertilidad tanto en ratones como en moscas de la fruta.
La especialización de genes ancestrales también sentó parte de las bases para el desarrollo de los sistemas nerviosos complejos. Por ejemplo, en los vertebrados, el estudio encontró genes críticos para la formación de las capas aislantes, o vainas, que se forman alrededor de los nervios, y que son esenciales para la transmisión rápida de señales nerviosas. En humanos también identificaron FGF17, un gen que desempeña un papel importante en el mantenimiento de las funciones cognitivas en la vejez.
En los insectos, genes específicos se especializaron en los músculos y en la epidermis para la formación de cutículas, lo que contribuyó a su capacidad de volar. En la piel de los pulpos, otros genes se especializaron en percibir estímulos luminosos, lo que contribuyó a su capacidad para cambiar de color, camuflarse y comunicarse con otros pulpos.
Al estudiar la evolución de las especies a nivel de tejido, el estudio demuestra que los cambios en la forma en que se utilizan los genes en diferentes partes del cuerpo han jugado un papel importante en la creación de características nuevas y únicas en los animales. En otras palabras, cuando los genes comienzan a actuar en tejidos específicos, pueden conducir al desarrollo de nuevos rasgos o habilidades físicas, lo que en última instancia contribuye a la evolución animal.
«Nuestro trabajo nos hace repensar los roles y funciones que desempeñan los genes. Nos muestra que genes que son cruciales para la supervivencia y que se han conservado durante millones de años también pueden adquirir muy fácilmente nuevas funciones en la evolución. Refleja el acto de equilibrio de la evolución entre la preservación de funciones vitales y la exploración de nuevos caminos», concluye el profesor de investigación Icrea Manuel Irimia.