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Identifican los tres períodos evolutivos de la diversificación animal

  • En los últimos 530 millones años, el linaje de vertebrados evolucionó desde un pez primitivo sin mandíbula que vivía en los mares del Cámbrico hasta abarcar las diversas formas de peces, aves, reptiles, anfibios y mamíferos actuales. Ahora, los investigadores han identificado, a través de secuencias de ADN del genoma de los vertebrados, tres períodos distintos de la innovación evolutiva que acompañó a esta notable diversificación.

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El estudio, dirigido por científicos de la Universidad de California y publicado en 'Science', se centró en los elementos reguladores que orquestan la actividad de los genes. Concretamente, los investigadores observaron tres grandes categorías de innovación evolutiva en la regulación genética, que aumentó en frecuencia durante diferentes períodos de la evolución de los vertebrados.

   El primer período, por ejemplo, estaba dominado por la innovación que afectó a los genes implicados en el desarrollo embrionario. Estos cambios se produjeron hace 300 millones de años, cuando los mamíferos se distinguieron de las aves y los reptiles, según han explicado los científicos.

   Muchos estudios anteriores han demostrado que los importantes cambios evolutivos en los animales son el resultado de la ganancia, la pérdida o la modificación de elementos reguladores de genes, en lugar de la evolución de nuevos genes.

   "La mayoría de los cambios que han ocurrido durante la evolución de los vertebrados, como la adquisición de nuevas partes y funciones del cuerpo (plumas y pelo, por ejemplo) no fueron el resultado de la aparición de nuevos genes, sino de nuevos elementos reguladores que, a su vez, desactivaron genes de diferentes formas", ha explicado el profesor en la Baskin School of Engineering de la Universidad de California, David Haussler.

   El estudio identifica millones de estas innovaciones mediante el uso de métodos computacionales; estos métodos permiten buscar secuencias de ADN que sigan siendo las mismas en especies que han evolucionado por separado durante largos períodos de tiempo. Estas secuencias han sido conservadas por la selección natural, ya que cumplen una función importante.

   Al comparar genomas de especies cuyos linajes evolutivos se separaron en diferentes momentos del pasado, los investigadores pudieron observar cuándo apareció por primera vez una secuencia conservada en particular.

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   "Estos elementos reguladores son innovaciones evolutivas que se han transmitido a todos los descendientes de las especies en las que surgieron por primera vez", ha afirmado Haussler, quien ha añadido que el equipo tiene "millones de datos sobre estos eventos, y aunque no estamos seguros de que cada uno posea una indiscutible solidez, tenemos tantos que los patrones estadísticos son inequívocos".

   Los resultados refuerzan la importancia de la regulación de los genes como mecanismo mediante el cual se produce la evolución a nivel molecular. El estudio muestra también el primer indicio de distintas fases en la evolución molecular de los vertebrados en distintos períodos de la historia evolutiva.

   Debido a que los elementos de regulación se encuentran normalmente cerca de los genes que gobiernan, los investigadores asignaron a cada elemento de regulación el gen más cercano. Se clasificaron los genes en grandes categorías, tales como los genes de desarrollo o los genes involucrados en la comunicación entre las células, utilizando información sobre las funciones de genes, disponible a través del UCSC Genome Browser.

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   En el primer período de innovación evolutiva, además de los cambios que afectaron a los genes del desarrollo, el estudio encontró un enriquecimiento espectacular de los elementos conservados cerca de los genes de las proteínas conocidas como "factores de transcripción", que se unen al ADN y regulan a grupos enteros de otros genes. Los nuevos elementos reguladores que afectan a los factores de transcripción alcanzaron su punto máximo en los primeros  vertebrados de hace  500 millones de años.

   El segundo aumento de innovaciones de los elementos de regulación cerca de los genes se produjo hace entre 100 y 300 millones de años y tuvo lugar de forma independiente en peces y animales que forman huevos amnióticos, como aves, reptiles o mamíferos.

   Mientras, una tercera tendencia se presentó en los mamíferos placentarios en los últimos 100 millones de años, tras un aumento de las innovaciones reguladoras de los genes implicados en las vías de señalización de las células. Los métodos desarrollados en este estudio pueden ser útiles a la hora de buscar otras tendencias evolutivas, especialmente cuando los científicos secuencian genomas de varios animales.

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   Haussler tiene como objetivo obtener secuencias del genoma de 10.000 especies de vertebrados. Con un gran número de secuencias genómicas de vertebrados disponibles para el análisis, los investigadores estarán en condiciones de descubrir las bases moleculares de la diversificación evolutiva de prácticamente todas las especies animales de gran tamaño.

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