La receta de la evolución: Cómo los errores de ‘copia y pega’ dieron lugar al vuelo de los insectos, el camuflaje de los pulpos y la capacidad cognitiva humana

Publicado originalmente por el Centro de Regulación Genómica, el 15 de abril de 2024

  Efímera, o mosca de mayo, una de las 20 especies estudiadas en el trabajo. Crédito: Isabel Almudi

Hace setecientos millones de años surgió por primera vez una criatura extraordinaria. Aunque para los estándares actuales no era gran cosa, el animal tenía una parte delantera y otra trasera, una superior y otra inferior. Se trataba de una adaptación innovadora para la época, que estableció el plan corporal básico que acabarían heredando la mayoría de los animales complejos, incluido el ser humano.

Este discreto animal vivía en los antiguos mares de la Tierra, probablemente arrastrándose por el lecho marino. Fue el último antepasado común de los bilaterales, un amplio super-grupo de animales que incluye vertebrados (peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos) e invertebrados (insectos, artrópodos, moluscos, gusanos, equinodermos y muchos más).

A día de hoy, se pueden rastrear más de 7.000 grupos de genes hasta el último ancestro común de los bilaterales, según un estudio de 20 especies diferentes de bilaterales, incluidos humanos, tiburones, efímeras (moscas de mayo), ciempiés y pulpos. Los hallazgos han sido realizados por investigadores del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona y se publicaron el pasado 15 de abril en la revista Nature Ecology & Evolution.

Sorprendentemente, el estudio descubrió que alrededor de la mitad de estos genes ancestrales han sido reutilizados por los animales en partes específicas del cuerpo, sobre todo en el cerebro y los tejidos reproductores. Los resultados son sorprendentes porque los genes ancestrales conservados suelen tener funciones fundamentales e importantes que son necesarias en muchas partes del cuerpo.

Cuando los investigadores examinaron la cuestión más de cerca, descubrieron una serie de errores fortuitos de ‘copia y pega’ durante la evolución de los bilaterales. Por ejemplo, hubo un momento importante al principio de la historia de los vertebrados. Aparecieron por primera vez múltiples genes específicos de tejido coincidiendo con dos eventos de duplicación del genoma completo.

Los animales podían conservar una copia para funciones fundamentales, mientras que la segunda podía utilizarse como materia prima para la innovación evolutiva. Acontecimientos como éstos, en distintos grados de escala, se produjeron constantemente a lo largo del árbol evolutivo de los bilaterales.

"Nuestros genes son como una vasta biblioteca de recetas que pueden cocinarse de forma diferente para crear o cambiar tejidos y órganos. Imagínese que acaba teniendo dos copias de una receta de paella por accidente. Puede conservar y disfrutar de la receta original mientras la evolución retoca la copia extra para que haga risotto en su lugar.

"Ahora imagine que se copia todo el recetario -dos veces- y las posibilidades que esto abre a la evolución. El legado de estos acontecimientos, que tuvieron lugar hace cientos de millones de años, perdura en la mayoría de los animales complejos actuales", explica Federica Mantica, autora del artículo e investigadora del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona.

Los autores del estudio encontraron muchos ejemplos de funciones nuevas y específicas de un tejido que fueron posibles gracias a la especialización de estos genes ancestrales. Por ejemplo, los genes TESMIN y tomb, que proceden del mismo ancestro, acabaron desempeñando de forma independiente una función especializada en los testículos, tanto en vertebrados como en insectos. Su importancia queda de manifiesto por el hecho de que los problemas con estos genes pueden interrumpir la producción de esperma, afectando a la fertilidad tanto en ratones como en moscas de la fruta.

La especialización de genes ancestrales también sentó algunas bases para el desarrollo de sistemas nerviosos complejos. Por ejemplo, en los vertebrados, los investigadores hallaron genes fundamentales para la formación de vainas de mielina alrededor de las células nerviosas, esenciales para la transmisión rápida de señales nerviosas. En los humanos también identificaron el FGF17, que se cree 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 la cutícula, contribuyendo a su capacidad de volar. En la piel de los pulpos, otros genes se especializaron para percibir los 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 tisular, el estudio demuestra que los cambios en la forma de utilizar los genes en distintas partes del cuerpo han desempeñado un papel importante en la creación de rasgos nuevos y únicos en los animales. En otras palabras, cuando los genes empiezan a actuar en tejidos específicos, pueden dar lugar al desarrollo de nuevos rasgos físicos o habilidades, lo que en última instancia contribuye a la evolución animal.

"Nuestro trabajo nos hace replantearnos los papeles y funciones que desempeñan los genes. Nos muestra que los genes que son cruciales para la supervivencia y se han conservado durante millones de años, también pueden adquirir muy fácilmente nuevas funciones en la evolución.

"Revela el equilibrio de la evolución entre preservar roles vitales y explorar nuevos caminos", concluye el Profesor de Investigación ICREA Manuel Irimia, coautor del trabajo e investigador del Centro de Regulación Genómica.

Más información: Evolution of tissue-specific expression of ancestral genes across vertebrates and insects, Nature Ecology & Evolution (2024). DOI: 10.1038/s41559-024-02398-5

Información de la revista: Nature Ecology and Evolution

Proporcionado por el Center for Genomic Regulation