La duplicación completa del genoma proporcionó a los peces teleósteos un enorme potencial de diversificación
Paleontólogos han documentado las adaptaciones evolutivas necesarias para que las antiguas aletas lobuladas de los peces se transformasen en aletas pectorales utilizadas bajo el agua en fuertes estructuras óseas, como las del Tiktaalik roseae. Esto permitió a estos emergentes tetrápodos, animales con extremidades, gatear en aguas poco profundas o en tierra. Pero los biólogos evolutivos se han preguntado por qué la estructura moderna llamada autópodo - que comprende las muñecas y los dedos o los tobillos y dedos de los pies - no tiene contrapartida morfológica evidente en las aletas de los peces vivos.
El 22 de diciembre de 2014 en un artículo en Proceedings of the National Academy of Sciences los investigadores argumentan que los trabajos anteriores para conectar las aletas y los dedos se quedaron cortos, ya que se centraron en el pez equivocado. En su lugar, encontraron la rudimentaria maquinaria genética para el montaje del autópodo de los mamíferos en un pez no modelo, el catán pinto o gar manchado (Lepisosteus oculatus), cuyo genoma fue secuenciado recientemente.
"Los fósiles muestran que la muñeca y los dedos tienen claramente un origen acuático", dijo Neil Shubin, profesor de biología de organismos y anatomía en la Universidad de Chicago y líder del equipo que descubrió Tiktaalik en 2004. "Pero aletas y extremidades tienen diferentes propósitos. Han evolucionado en direcciones diferentes, ya que divergieron. Queríamos explorar y entender mejor sus conexiones mediante la adición de datos genéticos y moleculares a lo que ya sabemos por el registro fósil".
Los intentos iniciales para confirmar el vínculo basado en la comparación de la forma de los huesos de las aletas y extremidades fueron infructuosos. El autópodo difiere de la mayoría de aletas. La muñeca se compone de una serie de pequeños huesos nodulares, seguido de largos huesos delgados que componen los dígitos. Los huesos de las aletas de los peces de hoy en día se ven muy diferentes, con un conjunto de largos huesos que terminan en pequeños huesos circulares llamados radiales.
Los genes primarios que dan forma a los huesos, conocidos como los clusters HoxD y HOXA, también difieren. Primero, los investigadores pusieron a prueba la capacidad de los "interruptores" genéticos que controlan los genes HoxD y HOXA de teleósteos - peces con huesos en los radios de las aletas - para dar forma a las extremidades en desarrollo de ratones transgénicos. Los interruptores de control de los peces, sin embargo, no provocaron ninguna actividad en el autópodo.
Los peces teleósteos están ampliamente estudiados, un gran grupo que incluye a casi todos los peces comercialmente importantes del mundo. Sin embargo, los investigadores comenzaron a darse cuenta de que no valían para la comparación ideal al estudiar de cómo se regulan los genes antiguos. Cuando buscaron en la creación de los interruptores genéticos de los dígitos de la muñeca encontraron "una falta de conservación de la secuencia" en especies de teleósteos.
Ellos achacaron el problema a un cambio radical en la genética de los peces teleósteos. Hace más de 300 millones de años, después de que las criaturas parecidas a peces se convirtieran en tetrápodos y se separaran de otros peces óseos, un antepasado común del linaje teleósteo pasó por una duplicación completa del genoma (GTD), un fenómeno que se ha producido varias veces en la evolución.
Al duplicar todo el repertorio genético de los peces teleósteos este GTD les proporcionó un enorme potencial de diversificación. Esto puede haber contribuido a que los teleósteos se adaptasen, con el tiempo, a una variedad de entornos en todo el mundo. En el proceso, "los interruptores genéticos que controlan la construcción de los genes del autópodo fueron capaces de evolucionar, lo que les permitió cambiar algunas de sus funciones, así como hacer que sea más difícil de identificarlas en las comparaciones con otros animales, como los ratones", dijo Andrew Gehrke, un estudiante graduado en el laboratorio y el autor principal del estudio.
Sin embargo, no todos los peces óseos pasaron por toda la duplicación del genoma. El gar manchado, un primitivo pez de agua dulce nativo de América del Norte, se separó de los peces teleósteos antes del GTD.
Cuando el equipo de investigación comparó los interruptores de genes Hox del gar manchado con los tetrápodos encontraron "un nivel sin precedentes y no descrito previamente de profunda conservación del aparato regulador autópodo de los vertebrados". Esto sugiere, añaden, un alto grado de similitud entre "las radiales distales de los peces óseos y el autópodo de los tetrápodos". Probaron esto insertando en el gar manchado interruptores de genes relacionados con el desarrollo de la aleta en ratones en desarrollo. Esto provocó patrones de actividad que eran "casi indistinguibles", señalan los autores, de los impulsados por el genoma del ratón.
"En general", concluyen los investigadores "nuestros resultados proporcionan apoyo regulatorio para un antiguo origen de la fase "tardía" de expresión Hox que se encarga de la construcción del autópodo".
Artículo científico: Deep conservation of wrist and digit enhancers in fish
