La transición de los vertebrados acuáticos hacia las primeras
colonizaciones de la tierra firme es una de las imágenes que mejor
ilustra en el imaginario popular la historia de la evolución de los
seres vivos. Pero esa instantánea en la que un organismo a medio camino entre un pez con aletas firmes transformadas en patas primitivas
y un anfibio con miembros terrestres aún por desarrollar que sale del
agua y se adentra hacia el continente duró alrededor de 10 millones de
años durante el Devónico, hace más de 360 millones de años.
Embrión de pez cebra modificado.
La hipótesis de que un conjunto de cambios genéticos condujo al árbol
de la vida hacia la colonización de la tierra firme desde el medio
acuático era algo más o menos aceptado en la comunidad científica, pero
que aún no había sido demostrado. Un trabajo liderado por investigadores
españoles ha demostrado por primera vez que las aletas de los peces
cebra ('Danio rerio'), uno de los organismos de laboratorio más
utilizados por la ciencia, pueden transformarse en estructuras parecidas a las patas de los tetrápodos si se incrementa la actividad de un gen denominado hoxd13.
Los resultados de la investigación, que aparecen publicados en el
último número de la revista científica 'Developmental Cell', demuestran
funcionalmente esta teoría clave para entender el paso de los animales
acuáticos a los terrestres. Según los autores del experimento, en esta transición fue crítica la aparición de estructuras óseas distales que formaron lentamente los dedos y la muñeca en los apéndices precursores de las patas de los tetrápodos.
La clave del paso evolutivo hacia tierra firme
La investigación ha sido llevada a cabo por los investigadores José
Luis Gómez-Skarmeta, Fernando Casares y Renata Freitas, en el Centro
Andaluz de Biología del Desarrollo, un centro mixto del Consejo Superior
de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Pablo de
Olavide.
"Nuestros experimentos demuestran por primera vez que, si aumentamos
los niveles del gen hoxd13 en aletas de peces cebra, se incrementa la
aparición de tejido óseo de carácter distal similar al que genera los
dedos en animales con patas como nosotros”, explica Gómez‐Skarmeta. Sin
embargo, los científicos no han podido saber hasta qué punto afecta la
mutación a la formación de estas 'protopatas'. Sólo han podido llevar el
desarrollo de los organismos modificados hasta el cuarto día de vida
debido a que llegado ese punto las larvas necesitan alimentarse por sí solas y para ello necesitan nadar, algo que no pueden hacer con estos miembros modificados artificialmente.
"Hemos acelerado un proceso de 10 millones de años hasta hacerlo en
24 horas", asegura Fernando Casares. "Pero este cambio evolutivo ocurrió
muy lentamente y acompañado de otros muchos cambios fisiológicos que
hicieron que estos cambios no fuesen deletéreos, como sí lo son en los
peces cebra de laboratorio", explica.
Los genes Hox, que forman parte de una familia encargada de distinguir las partes del cuerpo durante el periodo embrionario y son esenciales para la formación de los dedos y la muñeca,
cuentan con unos niveles de expresión mucho mayores en la zona distal
del rudimento embrionario de las patas que en la región de la aleta
equivalente.
En los últimos años, varios estudios han comprobado que las grandes
cantidades de expresión de los Hox en las patas dependen de elementos de
ADN reguladores que actúan conjuntamente potenciando su expresión. "Es
muy interesante que algunos de estos elementos reguladores no se
encuentren en el genoma de los peces, lo que sugiere que ha sido la
aparición de nuevos elementos reguladores lo que ha facilitado alcanzar
los niveles de expresión de genes Hox requeridos para la formación de
los dedos y la muñeca", indica Gómez‐Skarmeta.
De forma resumida, el trabajo liderado por los científicos españoles
buscaba comprobar si el pez cebra tabién es capaz de activar esta
función de la misma forma que lo hacen los tetrápodos. Según su
hipótesis, de ser así, el ancestro común de ambos linajes también era capaz de activar este programa 'diseñado' para la formación del cartílago
que da lugar a las muñecas y tobillos. "Estos datos indican que el
ancestro común de los peces y los tetrápodos tenía un genoma preparado
para adquirir progresivamente nuevos elementos reguladores que fueron
aumentando los niveles de los genes Hox que permitieron el desarrollo de
las manos y los pies", dice Casares.
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Recreación del sistema solar en formación, con la protoestrella y el disco de polvo y gas que la rodea. | Bill Saxton/NRAO
