La mandíbula evolucionó por la modificación de una branquia ancestral
Hace quinientos millones de años, era relativamente seguro volver al agua. Eso es porque las criaturas de las profundidades aún no habían desarrollado mandíbulas. En un nuevo par de estudios, los científicos revelan pistas sobre el origen de esta emocionante innovación evolutiva en los vertebrados.
En los estudios, Mathi Thiruppathy del laboratorio Gage Crump de la Universidad del Sur de California, y el colaborador J. Andrew Gillis de la Universidad de Cambridge y el Laboratorio de Biología Marina, consideraron el desarrollo embrionario como una forma de obtener información sobre la evolución, un enfoque conocido como "evo-devo".
En los peces, las mandíbulas comparten un origen de desarrollo común con las branquias. Durante el desarrollo, tanto las mandíbulas como las branquias surgen de estructuras embrionarias llamadas "arcos faríngeos". El primero de estos arcos se llama arco mandibular porque da origen a las mandíbulas, mientras que los arcos adicionales se convierten en branquias. También hay similitudes anatómicas: las branquias están sostenidas por huesos superiores e inferiores, que podrían considerarse análogos a las mandíbulas superior e inferior.
"Estas observaciones anatómicas y de desarrollo llevaron a la teoría de que la mandíbula evolucionó por la modificación de una branquia ancestral", dijo Thiruppathy, quien es el primer autor del estudio en eLife y estudiante de doctorado en el Laboratorio Crump. "Si bien esta teoría ha existido desde finales de 1800, sigue siendo controvertida hasta el día de hoy".
En ausencia de clara evidencia fósil, la publicación eLife presenta evidencia "viva" en apoyo de la teoría de que las mandíbulas se originaron a partir de las branquias. Casi todos los peces poseen una pequeña estructura anatómica llamada "pseudobranquia", que se asemeja a una branquia vestigial. Sin embargo, era incierto el origen embrionario de esta estructura.
Usando técnicas inteligentes de rastreo de imágenes y células en el pez cebra, Thiruppathy y sus colegas demostraron de manera concluyente que la pseudobranquia se origina en el mismo arco mandibular que da lugar a la mandíbula. Luego, los científicos demostraron que muchos de los mismos genes y mecanismos reguladores impulsan el desarrollo tanto de la pseudobranquia como de las branquias.
Imagen: Un pez cebra que muestra el esqueleto y la mandíbula (magenta), el ojo (círculo verde a la izquierda) y pseudobranquias y branquias (estructuras verdes a la derecha). (Imagen de Mathi Thiruppathy/Crump Lab)
En un estudio relacionado recién publicado en Development, Gillis y su colega de Cambridge, Christine Hirschberger, muestran que las rayas también tienen una pseudobranquia derivada del arco mandibular con similitudes genéticas y de desarrollo con una branquia. Si bien el pez cebra es un pez óseo, las rayas representan una clase evolutiva completamente diferente de vertebrados con mandíbula: los peces cartilaginosos.
"Nuestros estudios muestran que el arco mandibular contiene la maquinaria básica para hacer una estructura similar a una branquia", dijo Crump, autor correspondiente del estudio en eLife y profesor de biología de células madre y medicina regenerativa en el Centro Eli and Edythe Broad para Medicina Regenerativa e Investigación de Células Madre en la Escuela de Medicina Keck de la USC.
"Esto implica que las estructuras que surgen del arco mandibular, la pseudobranquia y la mandíbula, podrían haber comenzado como branquias que se modificaron en el transcurso de un profundo tiempo evolutivo".
Gillis, quien es el autor correspondiente del estudio Development y coautor del estudio eLife, agregó: "Juntos, estos dos estudios apuntan a una pseudobranquia presente en el último ancestro común de todos los vertebrados con mandíbula. Estos estudios proporcionan nuevas y tentadoras pruebas para la teoría clásica de que una estructura similar a una branquia evolucionó hasta convertirse en la mandíbula de los vertebrados".
Referencias:
Gill developmental program in the teleost mandibular arch
The pseudobranch of jawed vertebrates is a mandibular arch-derived gill
Imagen de cabecera: Un pez cebra que muestra, de izquierda a derecha, el ojo, la pseudobranquia y las branquias (Imagen de Peter Fabian/Crump Lab)
