El último análisis muestra que las extremidades humanas comparten un programa genético con las branquias de los peces cartilaginosos, como los tiburones y los patines, lo que proporciona evidencia para respaldar una teoría centenaria sobre el origen de las extremidades que habían sido ampliamente descartadas.
Una idea propuesta por primera vez hace 138 años que las extremidades evolucionaron a partir de branquias, que ha sido ampliamente desacreditada debido a la falta de evidencia fósil de apoyo, puede resultar correcta después de todo, y la pista está en un gen llamado así por el erizo azul favorito de todos.
A diferencia de otros peces, los peces cartilaginosos, como los tiburones, los patines y las rayas, tienen una serie de colgajos de piel que protegen sus branquias. Estos colgajos están sostenidos por arcos de cartílago, con apéndices en forma de dedos llamados rayos branquiales unidos.
En 1878, el influyente anatomista alemán Karl Gegenbaur presentó la teoría de que las aletas emparejadas y, finalmente, las extremidades evolucionaron a partir de una estructura que se asemeja al arco branquial de los peces cartilaginosos. Sin embargo, nunca se ha descubierto nada en el registro fósil que respalde esto.
Ahora, los investigadores han reinvestigado las ideas de Gegenbaur utilizando las últimas técnicas genéticas en embriones del pequeño patín, un pez del mismo grupo que inspiró por primera vez la controvertida teoría hace más de un siglo, y encontraron sorprendentes similitudes entre el mecanismo genético utilizado enel desarrollo de sus arcos branquiales y los de las extremidades humanas.
Los científicos dicen que se trata de un gen crítico en el desarrollo de las extremidades llamado 'Sonic hedgehog', llamado así por el personaje del videojuego por un equipo de investigación de la Facultad de Medicina de Harvard.
La nueva investigación muestra que las funciones del gen Sonic hedgehog en el desarrollo del miembro humano, dictando la identidad de cada dedo y manteniendo el crecimiento del esqueleto del miembro, se reflejan en el desarrollo de los rayos branquiales en los embriones de skate. Los hallazgos se publicanhoy en el diario Desarrollo .
El Dr. Andrew Gillis, del Departamento de Zoología de la Universidad de Cambridge y el Laboratorio de Biología Marina, que dirigió la investigación, dice que muestra aspectos de la teoría de Gegenbaur que de hecho pueden ser correctos y proporciona una mayor comprensión del origen de los vertebrados con mandíbula- el grupo de animales que incluye a los humanos.
"Gegenbaur observó la forma en que estos rayos branquiales se conectan a los arcos branquiales y notó que se parece mucho a la forma en que el esqueleto de las aletas y las extremidades se articula con el hombro", dice Gillis. "Los rayos branquiales se extienden como una seriede dedos por el costado de un arco branquial de tiburón "
"El hecho de que el gen Sonic hedgehog realice las mismas dos funciones en el desarrollo de arcos branquiales y rayos branquiales en embriones de patines que en el desarrollo de extremidades en embriones de mamíferos puede ayudar a explicar cómo Gegenbaur llegó a su controvertida teoría sobre elorigen de aletas y extremidades "
En embriones de mamíferos, el gen Sonic hedgehog establece el eje de la extremidad en las primeras etapas de desarrollo ". En una mano, por ejemplo, Sonic hedgehog le dice a la extremidad qué lado será el pulgar y qué lado será el meñiquededo ", explica Gillis. En las últimas etapas de desarrollo, Sonic hedgehog mantiene su crecimiento para que la extremidad crezca a su tamaño completo.
Para probar si el gen funciona de la misma manera en los embriones de skate, Gillis y sus colegas inhibieron a Sonic hedgehog en diferentes puntos durante su desarrollo.
Descubrieron que si Sonic hedgehog se interrumpía temprano en el desarrollo, los rayos branquiales se formaban en el lado equivocado del arco branquial. Si Sonic hedgehog se interrumpía más tarde en el desarrollo, entonces se formaban menos rayos branquiales pero los que crecían, crecían enel lado correcto del arco branquial, que muestra que el gen funciona de manera notablemente similar aquí como en el desarrollo de las extremidades.
"Llevado al extremo, estos experimentos podrían interpretarse como evidencia de que las extremidades comparten un programa genético con arcos branquiales porque las aletas y las extremidades evolucionaron por la transformación de un arco branquial en un vertebrado ancestral, como lo propuso Gegenbaur", dice Gillis ".Sin embargo, también podría ser que estas estructuras evolucionaron por separado, pero reutilizaron el mismo programa genético preexistente. Sin evidencia fósil esto sigue siendo un misterio: hay una brecha en el registro fósil entre especies sin aletas yluego, de repente, especies con aletas emparejadas, por lo que aún no podemos estar seguros de cómo evolucionaron los apéndices emparejados "
"De cualquier manera, este es un descubrimiento fascinante, ya que proporciona evidencia de un vínculo evolutivo fundamental entre los rayos branquiales y las extremidades", dice Gillis. "Si bien los paleontólogos buscan fósiles para tratar de reconstruir la historia evolutiva de la anatomía, estamos intentando efectivamentepara reconstruir la historia evolutiva de los programas genéticos que controlan el desarrollo de la anatomía ".
Los apéndices emparejados, como los brazos y las manos en los humanos, son una de las características anatómicas clave que distinguen a los vertebrados con mandíbula de otros grupos ". Hay mucho interés en tratar de comprender los orígenes de los vertebrados con mandíbula y los orígenes de novelascaracterísticas como aletas y extremidades ", dice Gillis.
"Lo que estamos aprendiendo es que muchas características nuevas pueden no haber surgido repentinamente desde cero, sino más bien al modificar y reutilizar un número relativamente pequeño de programas antiguos de desarrollo".
Gillis y sus colegas están probando aún más la teoría de Gegenbaur al comparar la función de más genes involucrados en el desarrollo de branquias y extremidades de mamíferos inusuales de los patines.
"Estudios anteriores no han encontrado similitudes genéticas de desarrollo convincentes entre los derivados del arco branquial y los apéndices emparejados, pero estos estudios se realizaron en animales como ratones y pez cebra, que no tienen rayos branquiales", dice Gillis.
"Es útil estudiar los peces cartilaginosos, no solo porque fueron el grupo que inspiró por primera vez la teoría de Gegenbaur, sino también porque tienen muchas características únicas que otros peces no tienen, y estamos descubriendo que podemos aprendermucho sobre la evolución de estas características únicas "
"Muchos investigadores miran ratones mutantes o moscas de la fruta para comprender el control genético de la anatomía. Nuestro enfoque es estudiar y comparar las diversas formas anatómicas que se pueden encontrar en la naturaleza, para obtener una idea de la evolución del cuerpo de los vertebrados"
Esta investigación fue financiada por la Royal Society, Isaac Newton Trust y un premio de investigación del Laboratorio de Biología Marina.
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Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . La historia original tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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