Evolución y desarrollo

Aún a riesgo de repetir lo que Biomaxi en su blog Evolucionarios comenta acerca de un artículo aparecido en El País (19/03/2006), voy a intentar contar desde abajo de qué trata toda esta cuestión de la evo-devo.

Según la teoría darwinista de la evolución, y a muy grandes rasgos, los cambios que dan lugar a nuevas especies se establecen a base de pequeños cambios que, a la larga, llegan a diferenciar unas de otras. Además estarían la deriva genética, el aislamiento reproductivo y alguna otras razones más, pero con quedamos con esta idea general.

El problema con el que, supuestamente, se topa el darwinismo es la explicación de cómo aparecen grupos de orden mayor al de especie: órdenes o filum enteros. En estos últimos casos, nos hallamos ante cambios que implican la aparición de rasgos y estructuras completamente nuevas que, difícilmente, podrían ser consecuencia de cambios genéticos de pequeña magnitud.

Así que nos encontramos ante la cuestión de que, o bien se dan demasiados cambios al mismo tiempo (o en un corto período de tiempo), asunto bastante difícil, o bien, apoyándose en lo que ya las poblaciones poseen, se originan esos nuevos tipos. Y aquí es donde entra en juego la biología del desarrollo. El término “evo-devo” hace referencia, precisamente, a la relación entra la evolución y el desarrollo (“developement”).

La biología del desarrollo se encarga de descifrar las claves del desarrollo embrionario de los organismos. El porqué la cabeza, las patas, el abdomen, los órganos, se encuentran en su sitio y no en otro, y el porqué de su desarrollo coordinado. La biología del desarrollo tiene una relación evidente con la teoría de la evolución, relación que se ha olvidado en ciertos círculos, pues, al tratarse de cómo se establecen los diferentes planes corporales, explicaría qué ha cambiado de un filum a otro. Como bien dice Biomaxi (mucho mejor que yo, y no está de más indicarlo), uno de los casos más palmarios sobre esto es la denomiada Explosión Cámbrica, en la que se “inventaron”, aparentemente de la nada, casi todos los planos corporales de los diferentes tipos que existen hoy día.

El primer efecto de una mutación en un gen del desarrollo lo observó el colaborados de Thomas H. Morgan, Calvin Bridges, en la Drosophila melanogaster. Se trataba de una mutación que provocaba que los halterios se transformaban en alas (las moscas son dípteros, y sólo tienen un par de alas; el otro par, que poseen todos los insectos, se transforma en halterios, piezas que sirven para equilibrar el vuelo). Esta mutación, denominada bithorax , se encuadra dentro de los llamados genes homeóticos, genes que influyen sobre regiones extensas del genoma e interviniendo en el desarrollo embrionario.

Sin embargo, este descubrimientos no se tuvo en cuenta hasta que fueron apareciendo más mutaciones de este tipo.

Algunos genes maternos intervienen en una larga serie de eventos de naturaleza genética que afectan al desarrollo del embrión. Estos genes maternos controlas los genes cigóticos, que se expresan en el embrión. Un ejemplo, siempre en Drosophila, son los genes Gap: sus mutaciones provocan la ausencia de varios segmentos del embrión. Los genes Gap segmentan, pues, al embrión, activándose la expresión de otros genes llamados Pair-Rule.

Los siguientes genes en activarse son los Segment Polarity, que determinan dónde están las partes anterior y posterior de cada segmento. Y es a partir de aquí donde los genes homeóticos actúan, determinando qué va a ser de cada uno de los segmentos.

En definitiva, los genes homeóticos se expresan en factores de transcripción, es decir, proteínas que regulan la lectura de determinadas secuencias de ADN y no de otras. Lo curioso es que el orden de transcripción de estos factores es el mismo que el orden físico en que se encuentran: los genes de la cabeza se expresan antes, que los de los siguientes segmentos, siguiendo el orden en que se encuentran. Esto se conoce por regla de la linearidad, descubierta por Edward Lewis. Al parecer, la colinearidad se debe a que estos genes son originados por la duplicación de genes ancestrales (quedarían unos a continuación de otros) y por cambios en la función de los duplicados.

A partir de aquí, los genes de segmentación dejan de actuar, y los genes homeóticos sufren una doble regulación:

  1. Los genes Polycomb regulan de modo represivo.
  2. Los genes Trithorax activan la transcripción.

¿Y a qué corresponde el famoso término “homeobox“? Resulta que, de modo independiente, dos investigaciones de 1983, realizadas por Walter Gehring de la Universidad de Basel, en Suiza, y por Matthew Scott y Amy Weiner, de la Universidad de Indiana, en Bloomington, que, dentro de estos genes, existía una secuencia común a todos ellos altamente conservada desde el punto de vista evolutivo. Es a esta secuencia a la que se denomina “homeobox” o caja homeótica. Y lo apasionante de todo esto es que la caja homeótica también existe en vertebrados, incluso en seres humanos, y con una alta tasa de conservación. Hasta ese momento se pensaba que planes corporales tan diferentes como los de los artrópodos y los vertebrados debían estar regidos por genes reguladores igualmente diferentes, demostrándose de esta manera que no era así.

Por ejemplo, Gerald Rubin, uno de los mayores investigadores en este campo, ha reconocido una larga secuencia de 20 componentes que dan lugar al desarrollo del ojo en Drosophila, alguno de los cuales también se encuentra en el ser humano.

El propio Scott mencionado más arriba, estudiando el gen patched, crucial para el desarrollo del embrión de Drosophila, encontró genes similares en otros artrópodos, ratón y ser humano, siendo en este último caso responsable de algunos tipos de enfermedades.

Para acabar, incluyo una imagen extraída de un artículo de Mario Zurita, de la Universidad Nacional Autónoma de Méjico, en el que se esquematiza una posible vía de evolución del plan corporal de los artrópodos primitivos a los modernos.

El ancestro sería algo parecido a un ciempiés, en el que sólo se distiguirían cabeza, tronoco y cola. Aparecerían palpos (pa), abdomen (ab) y tórax (to).

Habría nuevas divisiones de estos segmentos, de los que surgirían patas y otros apéndices, entre ellos las alas y los halterios.

Espero que, con este artículo, haya quedado clara la importantísima aportación que hace y que aún le resta por hacer, a la biología del desarrollo a la teoría evolutiva. Si no es así, aquí lo dejo para someterlo a “revisión”.

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