¿Los mamíferos placentarios divergieron antes o después del evento de extinción de los dinosaurios?
Una investigación dirigida por un equipo de científicos de la Facultad de Medicina Veterinaria y Ciencias Biomédicas de Texas A&M pone fin al acalorado debate científico sobre la historia de la diversificación de los mamíferos en relación con la extinción de los dinosaurios no aviares.
Su trabajo proporciona una respuesta definitiva a la línea de tiempo evolutiva de los mamíferos a lo largo de los últimos 100 millones de años.
El estudio es parte de una serie de artículos publicados por Zoonomia Project, un consorcio de científicos de todo el mundo que utiliza el conjunto de datos genómicos de mamíferos más grande de la historia para determinar la historia evolutiva del genoma humano en el contexto de la historia evolutiva de los mamíferos. Su objetivo final es identificar mejor la base genética de los rasgos y enfermedades en las personas y otras especies.
La investigación de la Universidad de Texas A&M, dirigida por el Dr. William J. Murphy, profesor del Departamento de Biociencias Integrativas Veterinarias, y la Dra. Nicole Foley, científica investigadora asociada en el laboratorio de Murphy, tiene sus raíces en la filogenia, una rama de la biología que trata con las relaciones evolutivas y la diversificación de organismos vivos y extintos.
"El argumento central es si los mamíferos placentarios (mamíferos que se desarrollan dentro de las placentas) divergieron antes o después del evento de extinción del Cretácico-Paleógeno (o K-Pg) que acabó con los dinosaurios no aviares", compartió Foley. "Al realizar nuevos tipos de análisis que solo son posibles debido al alcance masivo de Zoonomia, respondemos a la pregunta de dónde y cuándo se diversificaron y evolucionaron los mamíferos en relación con la extinción masiva de K-Pg".
La investigación, que se llevó a cabo con colaboradores de la Universidad de California, Davis; Universidad de California, Riverside; y el Museo Americano de Historia Natural— concluye que los mamíferos comenzaron a diversificarse antes de la extinción K-Pg como resultado de la deriva continental, que provocó que las masas terrestres de la Tierra se separaran y se volvieran a unir durante millones de años. Otro pulso de diversificación ocurrió inmediatamente después de la extinción K-Pg de los dinosaurios, cuando los mamíferos tenían más espacio, recursos y estabilidad.
Esta acelerada tasa de diversificación condujo a la rica diversidad de linajes de mamíferos, como carnívoros, primates y animales con pezuñas, que comparten la Tierra en la actualidad.
Imagen: Los esfuerzos de Foley en la investigación produjeron el árbol filogenético de mamíferos más grande del mundo hasta la fecha. El “árbol de la vida de los mamíferos” traza la evolución de los mamíferos durante más de 100 millones de años y es crucial para los objetivos del Proyecto Zoonomía. Crédito: Universidad Texas A&M
La investigación de Murphy y Foley fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias y es una parte del Proyecto Zoonomia dirigido por Elinor Karlsson y Kerstin Lindblad-Toh, del Instituto Broad, que también compara genomas de mamíferos para comprender la base de fenotipos notables, la expresión de ciertos genes, como ojos marrones frente a azules, y los orígenes de la enfermedad.
Foley señaló que la diversidad entre los mamíferos placentarios se manifiesta tanto en sus rasgos físicos como en sus extraordinarias habilidades.
"Los mamíferos de hoy representan una enorme diversidad evolutiva, desde el vuelo zumbante del diminuto murciélago abejorro hasta el lánguido deslizamiento de la enorme ballena azul mientras nada a través de los vastos océanos de la Tierra. Múltiples especies han evolucionado para ecolocalizarse, algunas producen veneno, mientras que otras han desarrollado resistencia al cáncer y tolerancia viral", dijo.
"Poder observar las diferencias y similitudes compartidas entre las especies de mamíferos a nivel genético puede ayudarnos a descubrir las partes del genoma que son críticas para regular la expresión de los genes", continuó. "Ajustar esta maquinaria genómica en diferentes especies ha llevado a la diversidad de rasgos que vemos en los mamíferos vivos de hoy".
Murphy compartió que la filogenia resuelta de los mamíferos de Foley es crucial para los objetivos del Proyecto Zoonomia, cuyo objetivo es aprovechar el poder de la genómica comparativa como una herramienta para la medicina humana y la conservación de la biodiversidad.
"El Proyecto Zoonomia es realmente impactante porque es el primer análisis que alinea al mismo tiempo 241 genomas de diversos mamíferos y utiliza esa información para comprender mejor el genoma humano", explicó. "El principal impulso para reunir este gran conjunto de datos fue poder comparar todos estos genomas con el genoma humano y luego determinar qué partes del genoma humano han cambiado a lo largo de la historia evolutiva de los mamíferos".
Imagen: El momento de la evolución de los mamíferos placentarios. La diversificación de mamíferos superiores tuvo lugar en el Cretácico durante períodos de fragmentación continental y subida del nivel del mar con poca discordancia filogenómica (gráficos circulares: izquierda, autosomas; derecha, cromosoma X), lo que es consistente con la especiación alopátrica. Por el contrario, el Paleógeno albergó una diversificación intraordinal después del evento de extinción masiva K-Pg, cuando los clados exhibieron una mayor discordancia filogenómica consistente con la especiación con el flujo de genes y la clasificación incompleta del linaje.
Determinar qué partes de los genes se pueden manipular y qué partes no se pueden cambiar sin causar daño a la función del gen es importante para la medicina humana. Un estudio reciente en Science Translational Medicine dirigido por uno de los colegas de Murphy y Foley, el genetista de Texas A&M Dr. Scott Dindot, utilizó el enfoque de la genómica comparativa para desarrollar una terapia molecular para el síndrome de Angelman, un raro y devastador trastorno neurogenético que se desencadena por la pérdida de la función del gen materno UBE3A en el cerebro.
El equipo de Dindot aprovechó las mismas medidas de restricción evolutiva identificadas por el Proyecto Zoonomia y las aplicó para identificar un objetivo genético crucial pero previamente desconocido que puede usarse para rescatar la expresión de UBE3A en neuronas humanas.
Murphy dijo que ampliar la capacidad de comparar genomas de mamíferos mediante el uso del conjunto de datos más grande de la historia ayudará a desarrollar más curas y tratamientos para las dolencias de otras especies arraigadas en la genética, incluidos los gatos y los perros.
"Por ejemplo, los gatos tienen adaptaciones fisiológicas arraigadas en mutaciones únicas que les permiten consumir una dieta exclusivamente rica en grasas y proteínas que es extremadamente poco saludable para los humanos", explicó Murphy.
Uno de los aspectos hermosos de la alineación de 241 especies de Zoonomia es que podemos elegir como referencia cualquier especie (no solo humana) y determinar qué partes del genoma de esa especie son libres de cambiar y cuáles no pueden tolerar el cambio. En el caso de los gatos, por ejemplo, podemos ayudar a identificar adaptaciones genéticas en esas especies que podrían conducir a objetivos terapéuticos para las enfermedades cardiovasculares en las personas".
La filogenia de Murphy y Foley también desempeñó un papel fundamental en muchos de los artículos posteriores que forman parte del proyecto.
"Es genómica de goteo", explicó Foley. "Una de las cosas más gratificantes para mí al trabajar como parte de un proyecto más amplio fue ver cuántos diferentes proyectos de investigación se mejoraron al incluir nuestra filogenia en sus análisis. Esto incluye estudios sobre la genómica de conservación de especies en peligro de extinción hasta aquellos que observaron la evolución de diferentes rasgos humanos complejos".
Foley dijo que fue significativo y gratificante responder definitivamente a la muy debatida pregunta sobre el momento del origen de los mamíferos y producir una filogenia ampliada que sienta las bases para las próximas generaciones de investigadores.
"En el futuro, esta alineación masiva del genoma y su registro histórico de la evolución del genoma de los mamíferos serán la base de todo lo que todos harán cuando hagan preguntas comparativas en los mamíferos", dijo. "Eso es genial".
El estudio se ha publicado en Science: A genomic timescale for placental mammal evolution
