Luz sobre el origen evolutivo de los miembros de los vertebrados

Las primeras criaturas que se arrastaron hasta tierra firme recurrieron a la aleta dorsal única, o dorso, común a todos los peces con mandíbulas, como elemento de desarrollo de las protoextremidades.

Al pensar en el primer pez que se arrastra de las aguas primordiales hacia la tierra, es fácil imaginarse sobre cómo sus aletas emparejadas finalmente evolucionaron hacia los brazos y las piernas de los vertebrados modernos, incluidos los humanos.

Luz sobre el origen evolutivo de los miembros de los vertebrados

Pero un nuevo estudio de investigadores de la Universidad de Chicago y del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo muestra cómo estas criaturas utilizaron un modelo genético aún más primitivo para desarrollar sus proto-extremidades.

El estudio, publicado esta semana en 'Nature Genetics', demuestra que los peces, los ratones y probablemente todos los vertebrados modernos comparten elementos genéticos empleados por primera vez para desarrollar la incomparable aleta dorsal en peces antiguos, más tarde copiaron estos elementos para producir apéndices emparejados, como aletas pélvicas y pectorales, brazos y piernas.

"La aleta dorsal no emparejada es la primera que se ve en el registro fósil --señala el coautor del nuevo estudio Neil Shubin, profesor de Anatomía en la Universidad de Chicago--.

Al pensar en el primer pez que se arrastra de las aguas primordiales hacia la tierra, es fácil imaginarse sobre cómo sus aletas emparejadas finalmente evolucionaron hacia los brazos y las piernas de los vertebrados modernos, incluidos los humanos.

Aquí mostramos que los mecanismos genéticos que configuran todas las aletas y otros apéndices emparejados originalmente surgieron allí y fueron reubicados a otros".

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Shubin y sus colegas de España, dirigidos por José Luis Gómez-Skarmeta, realizaron análisis genéticos en ratones y varios tipos de peces para rastrear la expresión de Sonic hedgehog (Shh), un gen ampliamente utilizado en una variedad de funciones biológicas básicas, pero especialmente importante en la formación de extremidades.

En ratones, un potenciador genético o un interruptor de encendido/apagado llamado ZRS controla la expresión de los miembros de Shh. Si eliminas ZRS en un ratón, sus extremidades no se desarrollarán correctamente.

Los investigadores utilizaron herramientas de edición de genes CRISPR/Cas9 para eliminar ZRS en el medaka, un pez de acuario pequeño y popular también conocido como pez de arroz japonés, esperaban que eliminar ZRS en el medaka afectara a sus aletas emparejadas, pero en cambio el pez no desarrolló su aleta dorsal.

Las aletas pectorales y pélvicas emparejadas se desarrollaron normalmente.

Eso llevó al equipo a buscar otros potenciadores genéticos que podrían estar involucrados, y encontraron un "potenciador en la sombra" cercano llamado sZRS que parece funcionar junto con el interruptor ZRS principal.

Cuando noquearon ZRS y sZRS en el medaka, se perdieron tanto la aleta dorsal como las aletas emparejadas, eso significa que es probable que ZRS se usó por primera vez para ayudar a desarrollar las aletas dorsales, y luego se copió y reutilizó como sZRS cuando las aletas aparecieron por primera vez hace unos 475 millones de años.

"Es muy antiguo, y la secuencia y la función se conservan en todos los vertebrados --destaca Shubin en un comunicado--. Resulta que el rol primitivo del ZRS estaba involucrado con la aleta dorsal. Solo más tarde su actividad en las aletas emparejadas requirió de este otro potenciador en la sombra".

Shubin dice que entender la actividad de estos potenciadores ayuda a identificar las huellas de ancestros evolutivos presentes en todos los vertebrados, desde 'Tiktaalik roseae', la especie de transición de 375 millones de años de antigüedad que descubrió en 2004, hasta los humanos de hoy en día.

"Una serie de enfermedades humanas se basan en errores en ZRS que pueden llevar a dedos extra o faltantes, o cambios en la forma de las manos --señala--.

Los humanos probablemente también tengan este potenciador en la sombra, por lo que si queremos estudiar la dinámica de cómo esto afecta al patrón de las extremidades, lo que vemos en estos modelos de peces es un gran lugar para comenzar".

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