Promiscuidad en el Paleozoico: descubren pistas sobre la evolución de los vertebrados

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promiscuidad en el Paleozoico

Los vertebrados con mandíbula surgieron a través de la hibridación entre dos especies de peces primitivos

Para ver cómo evolucionó la vida los científicos generalmente recurren al registro fósil, pero este registro a menudo es incompleto. Investigadores de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), junto con un equipo internacional de colaboradores, han utilizado otra herramienta, los cromosomas de animales vivos, para descubrir pistas sobre nuestro pasado.

El estudio, publicado en Nature Ecology and Evolution, revela los primeros eventos en la evolución de los vertebrados, incluyendo cómo surgieron los vertebrados con mandíbula a través de la hibridación entre dos especies de peces primitivos.

"Es notable que aunque estos eventos ocurrieron hace casi medio billón de años, podemos resolverlos hoy observando el ADN", dijo el profesor Daniel Rokhsar, quien dirige la Unidad de Genética Molecular de OIST.

Leyendo las historias en nuestros genes

Los cromosomas son pequeñas estructuras que portan el material genético de un organismo. Normalmente vienen en conjuntos emparejados, con un conjunto heredado de cada padre. Mientras que los humanos tienen 23 pares, este número varía según la especie.

El estudio encontró que, incluso durante cientos de millones de años, los cromosomas pueden ser sorprendentemente estables. Aunque se han producido mutaciones y reordenamientos, los cromosomas de los animales modernos tienen sorprendentes similitudes entre sí.

Amphioxus"Podemos usar estas similitudes para rastrear nuestra evolución e inferir biología del pasado distante", dijo el profesor Rokhsar. "Si un grupo de genes aparece en los mismos cromosomas en dos animales muy diferentes (por ejemplo, caracoles y estrellas de mar), entonces estos genes probablemente también se unieron en el mismo cromosoma en su último ancestro común".

Dos ex académicos posdoctorales de la OIST, el profesor Oleg Simakov, ahora en la Universidad de Viena, y el Dr. Ferdinand Marlétaz, ahora en el University College de Londres, dirigieron el estudio que comparó los cromosomas del anfioxus, un pequeño invertebrado marino, con los de otros animales, incluidos moluscos, mamíferos, aves, ranas, peces y lampreas.

Después de dar cuenta de un puñado de reordenamientos, concluyeron que los cromosomas del anfioxux se parecen a los de los ancestros vertebrados tempranos extintos y confirmaron la existencia de 17 antiguas unidades cromosómicas. Luego, los investigadores rastrearon la evolución de estos antiguos cromosomas en vertebrados vivos.

"La reconstrucción de los cromosomas ancestrales fue la clave que nos permitió desbloquear varios acertijos de la evolución temprana de los vertebrados", dijo el profesor Rokhsar.

duplicación antiguo genoma

Imagen: Un diagrama que muestra la evolución de los cromosomas de vertebrados a partir de un ancestro de invertebrados a través de dos eventos de duplicación del genoma completo (mostrados como estallidos estelares). Por simplicidad, solo se muestra un par ancestral de cromosomas. El estudio encontró que dos ancestros ahora extintos, alfa y beta, hibridaron durante la duplicación #2 para dar lugar al linaje de vertebrados con mandíbula. Después de la duplicación, los cromosomas beta se degradaron más que los cromosomas alfa más robustos.

Duplicando y desapareciendo

Los acertijos se centran en un fenómeno conocido como 'duplicación del genoma'. En la década de 1970, el genetista Susumu Ohno sugirió que los genomas de vertebrados se duplicaron, tal vez repetidamente, en relación con sus ancestros invertebrados. Los estudios genómicos han confirmado y refinado esta sugerencia, pero aún se debaten cuántas duplicaciones hubo y cómo y cuándo ocurrieron.

Parte del desafío es que los genomas duplicados cambian rápidamente, y estos cambios pueden ocultar la duplicación en sí. Aunque un genoma duplicado comienza con copias redundantes de cada gen, la mayoría de estas copias adicionales se desactivarán por mutación y eventualmente se perderán; los cromosomas duplicados en sí mismos también pueden ser revueltos.

Utilizando los 17 pares de cromosomas ancestrales como un ancla antigua, los investigadores concluyeron que había dos instancias separadas de duplicación del genoma.

La primera duplicación es compartida por todos los vertebrados vivos, tanto los vertebrados con mandíbula, incluidos los humanos, las aves, los peces y las ranas, como las lampreas sin mandíbula y sus parientes. Los investigadores dedujeron que esta duplicación más antigua ocurrió hace unos quinientos millones de años, casi al mismo tiempo que aparecen los primeros fósiles de vertebrados.

La segunda duplicación es compartida solo por los vertebrados con mandíbula. Los investigadores encontraron que, a diferencia del primer evento, la pérdida de genes después de la segunda duplicación se produjo de manera desigual en los dos conjuntos de copias cromosómicas, una característica sorprendente pero informativa.

"Este desigual tipo de pérdida de genes es el sello distintivo de una duplicación del genoma que sigue a la hibridación de dos especies", dijo el profesor Rokhsar.

Por lo general, la descendencia híbrida de dos especies diferentes es infértil, en parte porque los cromosomas de los dos padres no están coordinados adecuadamente. Pero muy ocasionalmente, en algunos peces, ranas y plantas, el genoma híbrido se duplica para restaurar el apareamiento cromosómico. La descendencia resultante tiene el doble de cromosomas que sus padres no coincidentes, y a menudo son más vigorosos. El nuevo estudio encontró inesperadamente que tal duplicación híbrida ocurrió en nuestros antiguos ancestros.

"Hace más de 450 millones de años, dos especies diferentes de peces se aparearon y, en el proceso, generaron una nueva especie híbrida con el doble de cromosomas", dijo el profesor Rokhsar, "¡Y esta nueva especie se convertiría en el antepasado de todos los animales vivos con mandíbula, incluidos nosotros!"

Artículo científico: Deeply conserved synteny resolves early events in vertebrate evolution

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