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updated 12:14 PM CET, Nov 20, 2017

Cómo se convirtieron en dedos las aletas de los peces

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dedos de ratón y radios de una aleta de pez

Investigación pionera relaciona las células de los radios de los peces y las extremidades

Una de las grandes transformaciones requeridas para que los descendientes de los peces se convirtiesen en criaturas que podían caminar en la tierra fue la sustitución de los radios de sus aleta en elegantes largos de los dedos de manos y pies. Ahora, en un nuevo estudio publicado en el número del 17 de agosto de 2016 de Nature, científicos de la Universidad de Chicago muestran que las mismas células que producen los radios de las aletas de los peces desempeñan un importante papel en la formación de los dedos de manos y pies en las criaturas de cuatro patas.

Después de tres años de laboriosos experimentos utilizando novedosas técnicas de edición de genes y algo de suerte en la cartografía sensible al etiquetar y rastrear células en peces en desarrollo, los investigadores describen cómo los pequeños huesos flexibles que se encuentran en los extremos de las aletas están relacionadas con los dedos de manos y pies, que son más adecuados para la vida en la tierra.

[Imagen de cabecera: Los marcadores de las muñecas y los dígitos en la extremidad de un ratón (izquierda) están presentes en el pez y demarcan los radios de las aletas (derecha). La muñeca y los dedos de los tetrápodos son los equivalentes celulares y genéticos de los radios de las aletas de los peces.]

"Cuando vi por primera vez estos resultados podría haberme golpeado con una pluma", dijo el autor principal del estudio, Neil Shubin, PhD, Robert R. Bensley Distinguished Service Professor of Organismal Biology and Anatomy de la Universidad de Chicago. Shubin es una autoridad en la transición de aletas a extremidades.

"Durante años", dijo, "los científicos han pensado que las aletas eran completamente ajenas a los dedos de manos y pies, completamente diferentes, ya que un tipo de hueso se forma inicialmente fuera del cartílago y el otro se forma en el tejido conectivo sencillo. Nuestros resultados cambian la idea de conjunto. Ahora tenemos un montón de cosas para repensar".

Para desentrañar cómo podrían haberse transformado las aletas en muñecas y dedos, los investigadores trabajaron sobre todo con un modelo de pez estándar: el pez cebra.

Tetsuya Nakamura, PhD, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Shubin, utilizó una técnica de edición de genes, CRISPR/Cas, en el pez cebra para borrar importantes genes relacionados con el fomento de las extremidades para, a continuación, críar selectivamente al pez cebra con las múltiples eliminaciones selectivas. Pasó más de dos años construyendo y cruzando los mutantes de peces, un proyecto que comenzó en los Laboratorios de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts.

movimiento de las células en dedos y radios de aleta

Al mismo tiempo, Andrew Gehrke, PhD, un estudiante graduado en el laboratorio de Shubin, utilizó refinadas técnicas de etiquetado celular para planificar cuándo y dónde migraban las células embrionarias específicas cuando los animales crecieron y se desarrollaron.


"Fue uno de esos momentos eureka", dijo Gehrke. "Hemos encontrado que las células que caracterizan las muñecas y los dedos de los ratones y las personas estaban exclusivamente en los radios de las aletas de los peces".

El equipo se centró en los genes Hox, que controlan el plan corporal de un embrión en crecimiento a lo largo del eje de la cabeza a la cola, o del hombro a la punta del dedo. Muchos de estos genes son cruciales para el desarrollo de las extremidades.

Los investigadores estudiaron el desarrollo de las células comenzando, en algunos experimentos, poco después de la fertilización, y las siguieron a medida que pasaron a formar parte de una aleta de adulto. El trabajo previo había demostrado que cuando se suprimieron los genes Hox, específicamente los relacionados con las muñecas y los dedos de los ratones (HoxD y HOXA), los ratones no desarrollaron esas estructuras. Cuando Nakamura eliminó esos mismos genes en el pez cebra, los largos radios de las aletas se redujeron en gran medida.

"Lo que importa no es lo que ocurre cuando eliminas a un solo gen, sino cuando se hace en combinación", explicó Nakamura. "Ahí es donde sucede la magia".

Los investigadores también utilizaron un escáner CT de alta energía para ver las diminutas estructuras dentro de las aletas de peces cebra adultos. Estas pueden ser invisibles, incluso a la mayoría de los microscopios tradicionales. Los escáneres revelaron que los peces carecían de ciertos genes perdidos de los radios de las aletas, pero los pequeños huesos hechos del cartílago de las aletas aumentaron en número.

Los autores sospechan que las células mutantes que hizo Nakamura causaron la detención de la migración de la base de la aleta a su posición habitual cerca de la punta. Esta incapacidad para migrar significaba que había un menor número de células para hacer radios de las aletas, dejando más células en la base de la aleta para producir elementos de cartílago.

"Realmente fue la combinación del etiquetado de células y golpes de suerte los que nos convencieron de que era real esta relación celular entre las aletas y las extremidades", dijo Gehrke.

La investigación futura incluye nuevas expediciones para encontrar más fósiles intermedios - como el Tiktaalik, un vínculo entre los peces primitivos y los primeros animales de cuatro patas, descubierto por Shubin y sus colegas en 2006 - en la transición de aletas a extremidades. También están planeando experimentos con genes Hox para saber si una población común de células puede formar tales estructuras diferentes en los peces y las personas.

Artículo científico: Digits and fin rays share common developmental histories

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