Según un nuevo estudio publicado en la revista, una serie de eventos de duplicación de genes y genoma completo que se remontan a cientos de millones de años han sentado las bases para la expresión genética específica de tejido. Naturaleza Ecología y Evolución. Los errores de «copiar y pegar» permitieron a los animales conservar una copia de su genoma o genes para funciones fundamentales, mientras que la segunda copia podría usarse como materia prima para la innovación evolutiva. Acontecimientos como estos, en diversos grados de escala, ocurrieron constantemente a lo largo del árbol evolutivo bilateral y permitieron rasgos y comportamientos tan diversos como el vuelo de los insectos, el camuflaje de los pulpos y la cognición humana.

Hace 700 millones de años surgió por primera vez una criatura extraordinaria. Aunque puede que no haya sido mucho que ver según los estándares actuales, el animal tenía un frente y una espalda, una parte superior y una inferior. Esta fue una adaptación innovadora en ese momento y que estableció el plan corporal básico que los animales más complejos, incluidos los humanos, eventualmente heredarían.

El discreto animal residía en los antiguos mares de la Tierra, probablemente arrastrándose por el fondo marino. Este fue el último ancestro común de los bilaterales, un vasto supergrupo de animales que incluía vertebrados (peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos) e invertebrados (insectos, artrópodos, moluscos, gusanos, equinodermos y muchos más).

Hasta el día de hoy, se pueden rastrear más de 7.000 grupos de genes hasta el último ancestro común de los bilaterales, según un estudio de 20 especies bilaterales diferentes, incluidos humanos, tiburones, efímeras, ciempiés y pulpos. Los hallazgos han sido realizados por investigadores del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona y se publican hoy en la revista Naturaleza Ecología y Evolución.

Sorprendentemente, el estudio encontró que aproximadamente la mitad de estos genes ancestrales han sido reutilizados por animales para su uso en partes específicas del cuerpo, particularmente en el cerebro y los tejidos reproductivos. Los hallazgos son sorprendentes porque los genes antiguos y conservados suelen desempeñar funciones fundamentales e importantes que son necesarias en muchas partes del cuerpo.

Cuando los investigadores observaron más de cerca, encontraron que la culpa era de una serie de errores fortuitos de «copiar y pegar» durante la evolución bilateral. Por ejemplo, hubo un momento significativo en los inicios de la historia de los vertebrados. Un grupo de genes específicos de tejido apareció por primera vez coincidiendo con dos eventos de duplicación del genoma completo. Los animales podrían conservar una copia para funciones fundamentales, mientras que la segunda copia podría utilizarse como materia prima para la innovación evolutiva. Acontecimientos como estos, en diversos grados de escala, ocurrieron constantemente a lo largo del árbol evolutivo bilateral.

«Nuestros genes son como una vasta biblioteca de recetas que pueden cocinarse de manera diferente para crear o cambiar tejidos y órganos. Imagina que terminas con dos copias de una receta de paella por accidente. Puedes conservar y disfrutar la receta original mientras la evolución modifica la copia extra para hacer risotto. Ahora imagine que se copia todo el libro de recetas (dos veces) y las posibilidades que esto abre para la evolución. El legado de estos eventos, que tuvieron lugar hace cientos de millones de años, sigue vivo. los animales más complejos de la actualidad», explica Federica Mantica, autora del artículo e investigadora del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona.

Los autores del estudio encontraron muchos ejemplos de nuevas funciones específicas de tejido posibles gracias a la especialización de estos genes ancestrales. Por ejemplo, el TESMINA y tumba Los genes, que se originaron a partir de un mismo ancestro, acabaron desempeñando de forma independiente un papel especializado en los testículos tanto de vertebrados como de insectos. Su importancia se destaca por el hecho de que los problemas con estos genes pueden alterar la producción de esperma, afectando la fertilidad tanto en ratones como en moscas de la fruta.

La especialización de genes ancestrales también sentó algunas bases para el desarrollo de sistemas nerviosos complejos. Por ejemplo, en los vertebrados, los investigadores encontraron genes críticos para la formación de vainas de mielina alrededor de las células nerviosas, que son esenciales para la transmisión rápida de señales nerviosas. En humanos también identificaron FGF17que se cree que desempeña un papel importante en el mantenimiento de las funciones cognitivas en la vejez.

En los insectos, genes específicos se especializaron en los músculos y en la epidermis para la formación de cutículas, lo que contribuyó a su capacidad de volar. En la piel de los pulpos, otros genes se especializaron en percibir estímulos luminosos, lo que contribuyó a su capacidad para cambiar de color, camuflarse y comunicarse con otros pulpos.

Al estudiar la evolución de las especies a nivel de tejido, el estudio demuestra que los cambios en la forma en que se utilizan los genes en diferentes partes del cuerpo han jugado un papel importante en la creación de características nuevas y únicas en los animales. En otras palabras, cuando los genes comienzan a actuar en tejidos específicos, pueden conducir al desarrollo de nuevos rasgos o habilidades físicas, lo que en última instancia contribuye a la evolución animal.

«Nuestro trabajo nos hace repensar los roles y funciones que desempeñan los genes. Nos muestra que los genes que son cruciales para la supervivencia y que se han conservado durante millones de años también pueden adquirir muy fácilmente nuevas funciones en la evolución. Refleja el acto de equilibrio de la evolución entre preservar elementos vitales roles y explorando nuevos caminos», concluye el profesor de investigación ICREA Manuel Irimia, coautor del artículo e investigador del Centro de Regulación Genómica.



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