La transición de agua a tierra es un hito importante en nuestra historia evolutiva
La gente tradicionalmente piensa que los pulmones y las extremidades son innovaciones clave que vinieron con la transición de los vertebrados del agua a la tierra. Pero, de hecho, la base genética de la respiración de aire y el movimiento de las extremidades ya estaba establecida en nuestros antepasados peces 50 millones de años antes.
Esto, según un reciente mapeo del genoma de peces primitivos realizado por la Universidad de Copenhague, entre otros. El nuevo estudio cambia nuestra comprensión de un hito clave en nuestra propia historia evolutiva.
No hay nada nuevo en que los humanos y todos los demás vertebrados hayan evolucionado a partir de peces. El entendimiento convencional ha sido que ciertos peces se deslizaron hacia la tierra hace aproximadamente 370 millones de años como primitivos animales parecidos a lagartos conocidos como tetrápodos. Según este entendimiento, nuestros ancestros peces salieron del agua a la tierra convirtiendo sus aletas en extremidades y respirando bajo el agua a en el aire.
Sin embargo, las extremidades y los pulmones no son innovaciones que parecieran tan recientes como se creía. Nuestro ancestro pez común, que vivió 50 millones de años antes de que el tetrápodo llegara a tierra por primera vez, ya llevaba los códigos genéticos para las formas de las extremidades y la respiración de aire necesaria para trasladarse a tierra. Estos códigos genéticos todavía están presentes en humanos y en un grupo de peces primitivos.
Imagen: Cronología de la evolución de los vertebrados. Crédito: Dr. Guojie Zhang
Esto ha sido demostrado por una reciente investigación genómica realizada por la Universidad de Copenhague y sus socios. La nueva investigación informa que la evolución de estos ancestrales códigos genéticos podría haber contribuido a la transición de agua a tierra de los vertebrados, lo que cambia la visión tradicional de la secuencia y línea de tiempo de este gran salto evolutivo.
"La transición de agua a tierra es un hito importante en nuestra historia evolutiva. La clave para comprender cómo ocurrió esta transición es revelar cuándo y cómo evolucionaron los pulmones y las extremidades. Ahora podemos demostrar que la base genética que subyace a estas funciones biológicas se produjo mucho antes de que los primeros animales llegaran a tierra", dijo el profesor y autor principal Guojie Zhang, del Villum Center for Biodiversity Genomics, en el Departamento de Biología de la Universidad de Copenhague.
Un grupo de ancestrales peces vivientes podría ser la clave para explicar cómo al tetrápodo finalmente le podrían crecer extremidades y respirar aire. El grupo de peces incluye al bichir (Polypteridae) que vive en hábitats de agua dulce poco profundos en África. Estos peces se diferencian de la mayoría de los peces óseos existentes por tener rasgos que nuestros primeros antepasados de peces podrían haber tenido hace más de 420 millones de años. Y los mismos rasgos también están presentes, por ejemplo, en los humanos. A través de una secuenciación genómica, los investigadores encontraron que los genes necesarios para el desarrollo de los pulmones y las extremidades ya habían aparecido en estas especies primitivas.
Nuestra articulación sinovial evolucionó a partir de un pez ancestro
Usando aletas pectorales con una función locomotora como extremidades, el bichir puede moverse en tierra de manera similar al tetrápodo. Los investigadores han creído durante algunos años que las aletas pectorales en el bichir representan las aletas que tenían nuestros primeros antepasados peces.
El nuevo mapeo del genoma muestra que la articulación que en el bichir conecta el llamado hueso metapterigión con los huesos radiales de la aleta pectoral es homóloga a las articulaciones sinoviales de los seres humanos, las articulaciones que conectan la parte superior del brazo y el antebrazo. La secuencia de ADN que controla la formación de nuestras articulaciones sinoviales ya existía en los antepasados comunes de los peces óseos y todavía está presente en estos peces primitivos y en vertebrados terrestres. En algún momento, esta secuencia de ADN y la articulación sinovial se perdieron en todos los peces óseos comunes, los llamados teleósteos.
"Este código genético y la articulación permiten que nuestros huesos se muevan libremente, lo que explica por qué el bichir puede moverse en tierra", dice Guojie Zhang.
Primero pulmones, luego vejiga natatoria
Además, el bichir y algunos otros peces primitivos tienen un par de pulmones que se parecen anatómicamente a los nuestros. El nuevo estudio revela que los pulmones tanto de bichir como de cocodrilo también funcionan de manera similar y expresan el mismo conjunto de genes que los pulmones humanos.
Al mismo tiempo, el estudio demuestra que el tejido del pulmón y la vejiga natatoria de la mayoría de los peces existentes son muy similares en la expresión genética, lo que confirma que son órganos homólogos como predijo Darwin. Pero aunque Darwin sugirió que las vejigas natatorias se convirtieron en pulmones, el estudio sugiere que es más probable que las vejigas natatorias evolucionasen a partir de los pulmones.
La investigación sugiere que nuestros primeros antepasados de peces óseos tenían primitivos pulmones funcionales. A través de la evolución, una rama de los peces conservó las funciones pulmonares que están más adaptadas a la respiración de aire y finalmente condujo a la evolución de los tetrápodos. La otra rama de los peces modificó la estructura pulmonar y evolucionó con vejigas natatorias, liderando la evolución de los teleósteos. Las vejigas natatorias permiten que estos peces mantengan la flotabilidad y perciban la presión, por lo que sobreviven mejor bajo el agua.
"El estudio nos ilumina con respecto a la procedencia de los órganos de nuestro cuerpo y cómo se decodifican sus funciones en el genoma. Por lo tanto, algunas de las funciones relacionadas con los pulmones y las extremidades no evolucionaron en el momento en que ocurrió la transición de agua a tierra, sino que están codificadas por algunos antiguos mecanismos reguladores de genes que ya estaban presentes en nuestro ancestro pez mucho antes de hacer el tránsito a tierra. Es interesante que estos códigos genéticos todavía estén presentes en estos peces 'fósiles vivientes', que nos ofrecen la oportunidad de rastrear la raíz de estos genes", concluye Guojie Zhang.
El estudio ha sido publicado en la revista científica Cell: Tracing the genetic footprints of vertebrate landing in non-teleost ray-finned fishes
