Una frustración tácita para los biólogos evolutivos durante los últimos 100 años, dice Craig Albertson de la Universidad de Massachusetts Amherst, es que la genética solo puede explicar un pequeño porcentaje de variación en los rasgos físicos de los organismos. Ahora informa resultados experimentales sobre cómoOtro factor, un "comportamiento extraño" que es parte del entorno de desarrollo de las larvas de peces cíclidos tempranos, influye en la variación posterior en sus huesos craneofaciales.
Albertson ha estudiado los peces cíclidos africanos durante 20 años como un sistema modelo para explorar cómo se origina y se mantiene la biodiversidad, con un enfoque en las contribuciones genéticas a las diferencias de especies. En una nueva serie de experimentos con el ex estudiante de doctorado Yinan Hu,ahora un becario postdoctoral en el Boston College, examinaron un comportamiento de "boquiabierto vigoroso" en peces larvales que comienza inmediatamente después de que se forma la mandíbula inferior cartilaginosa y antes de que comience la deposición ósea. Los resultados aparecen en la edición actual en línea de Actas de la Royal Society B .
Como explica Albertson, "predijimos que los peces bebés están ejercitando los músculos de la mandíbula, lo que debería imponer fuerzas sobre los huesos a los que se adhieren, fuerzas que podrían estimular la formación de hueso". Albertson y Hu observaron esa frecuencia de apertura, que podría alcanzar comohasta 200 por minuto, variando según la especie "de una manera que presagia diferencias en la deposición ósea alrededor de los procesos críticos para la acción de apertura de la mandíbula".
Albertson, un genetista evolutivo, dice: "Durante más de cien años, se nos ha enseñado que la capacidad de un sistema para evolucionar depende en gran medida de la cantidad de variación genética que existe para un rasgo. Lo que se ignora o nopara la mayoría de los rasgos, es que menos del 50 por ciento de la variación genética generalmente puede ser explicada por la genética ". Agrega:" La variación en la forma del cráneo es altamente heredable, entonces, ¿por qué solo podemos encontrar la variabilidad genética que representa una cantidad tan pequeña?de variabilidad en el desarrollo óseo? En mi laboratorio hemos pasado de elaborar nuestros modelos genéticos a observar más de cerca la interacción entre la genética y el medio ambiente ".
La forma en que el entorno influye en el desarrollo se conoce como epigenética en su significado original y más amplio, señala Albertson. Acuñado en la década de 1940 para significar cualquier cosa que no esté codificada en la secuencia de nucleótidos, se ha reducido para referirse a cómo la estructura 3D de la molécula de ADNse modifica, señala. "Ese significado es cierto, pero no es el único. Estamos volviendo a la definición original".
En este sentido, la boca abierta es parte de "un entorno de desarrollo muy dinámico", señala Albertson. "Los huesos no se forman en masas estáticas de tejido. Más bien, se desarrollan como parte de, y tal vez en respuesta a, un proceso altamente complejo.y sistema dinámico ". El hecho de que las especies difieran en la tasa de apertura llevó a los investigadores a probar la idea de que las diferencias en el desarrollo óseo podrían explicarse por la variación en este comportamiento". Realizamos experimentos para ver si podíamos disminuir la tasa enespecies abiertas y acelerarlo en especies de apertura lenta, y para ver si esta manipulación del comportamiento podría influir en el desarrollo óseo de formas predecibles ".
No solo estos experimentos funcionaron, sino que la magnitud de la diferencia en la morfología esquelética inducida por estos simples cambios en el comportamiento fue similar a las que se predice que serán causadas por factores genéticos. Albertson dice: "Lo que encuentro realmente emocionante es que en 15 añosde manipular la genética del desarrollo óseo craneofacial podemos dar cuenta de hasta el 20 por ciento de la variabilidad, por lo que es modesta. Cuando manipulamos el comportamiento boquiabierto, podemos influir en la variabilidad del desarrollo en aproximadamente un 15 por ciento, que es comparable, casi igual a la respuesta genética. "
El genetista agrega: "Cuando doy charlas, esto es lo que más sorprende a los colegas, que el efecto ambiental está a la par con el efecto genético, y que no es sistémico sino muy específico de huesos importantes involucrados en la alimentación de los peces".
Alberston dice que este comportamiento tiene sentido porque "la naturaleza tiene que ver con la eficiencia. Ajustar una respuesta adaptativa a un nicho particular aumenta las posibilidades de supervivencia. A veces, los huesos más largos son mejores, y una forma de lograrlo es poner en marcha elprograma de desarrollo óseo. Este comportamiento de apertura precede a la formación de hueso, por lo que puede representar una forma de aumentar la eficiencia colocando a un animal en la trayectoria hacia un fenotipo adaptativo antes ".
Agrega: "Esto es solo el comienzo. Nuestro campo ha estado arraigado en una visión de la evolución centrada en los genes durante casi un siglo. Mi esperanza es que este estudio se sume a un creciente cuerpo de literatura que muestra que hay otras fuentes importantesde variación. Espero que podamos expandir el paradigma para considerar el contexto ambiental donde se lleva a cabo el desarrollo, porque los efectos probablemente sean mayores y más generalizados de lo que predecimos ".
El siguiente paso de su laboratorio será descubrir cómo los estímulos ambientales influyen en el desarrollo, explica Albertson. "Ahora necesitamos comprender cómo las células óseas perciben y responden a su entorno mecánico. ¿Cuáles son las moléculas que permiten esta mecano-detección?"
Con este fin, los investigadores demostraron que los cambios inducidos por cargas mecánicas en el desarrollo esquelético están asociados con diferencias en la expresión del gen ptch1, implicado previamente en la mediación de las diferencias de forma esquelética entre especies. "Que la misma molécula está involucrada en la-detectar dentro de las especies y la divergencia genética entre las especies es muy bueno, ya que es consistente con la teoría de la evolución ", dice Albertson.
La idea es que cuando una población animal se expone a un nuevo entorno, determinadas moléculas les permitirán responder conformando sus cuerpos para afrontar nuevos retos. Si el nuevo entorno es estable, la selección natural debería favorecer las mutaciones genéticas en estas moléculas quearreglar la respuesta transitoria original. Esta teoría establece un marco para los pasos iniciales en la divergencia de especies. "Creemos que ahora tenemos un punto de apoyo molecular en este proceso", explica Albertson. "Estos son tiempos emocionantes".
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Materiales proporcionados por Universidad de Massachusetts en Amherst . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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