Petauros del azúcar, pequeños marsupiales que en algunos lugares se mantienen como mascotas, tienen la capacidad de deslizarse por el aire gracias a una membrana que conecta sus patas delanteras con las traseras. la membrana, conocido como patagio, les permite deslizarse de rama en rama de un árbol y así acceder más fácilmente a la comida y escapar de los depredadores. Ha evolucionado al menos tres veces de forma independiente en especies de planeadores estrechamente relacionadas, incluidos los petauros del azúcar. Pero persiste la pregunta de cómo evolucionó.
Ahora un equipo de investigadores ha descubierto la base genética para la evolución de esta nueva adaptación: un gen llamado emx2 juega un papel fundamental en la elaboración del patagium. En los bebés petauros del azúcar (que se llaman joeys y viven en la bolsa de su madre durante varias semanas después del nacimiento), emx2 se expresa en la piel de los flancos izquierdo y derecho, donde se formará la membrana deslizante. La actividad de este gen es necesaria para el desarrollo normal del patagio: cuando los investigadores reprimen el gen, el patagio no se forma correctamente. Sorprendentemente, los investigadores descubrieron que emx2 También se expresa en los flancos de ratones de laboratorio en desarrollo, pero sólo de forma transitoria, mientras que en los planeadores del azúcar, el gen permanece activo durante mucho más tiempo. Aunque no se sabe por qué el gen se expresa temporalmente en los flancos de ratones en desarrollo, emx2 Se sabe que tiene funciones importantes en otros lugares: es esencial para el desarrollo del cerebro y los huesos, donde participa en la proliferación celular.
Desde el punto de vista de la biología básica, abordar la cuestión central de cómo evolucionan los planes corporales especializados es realmente fundamental, afirma Estefanía Ellis, que estudia la morfogénesis en los laboratorios Max Perutz en Austria. Los investigadores, dice, “pudieron comenzar con esta gran pregunta evolutiva y reducirla a una respuesta biológica celular donde conocemos el bucle genético exacto y exactamente lo que hace a nivel del tejido y la célula”.
Sobre el apoyo al periodismo científico
Si está disfrutando este artículo, considere apoyar nuestro periodismo galardonado al suscribiéndose. Al comprar una suscripción, ayudas a garantizar el futuro de historias impactantes sobre los descubrimientos y las ideas que dan forma a nuestro mundo actual.
Para investigar cómo evolucionó el patagium de los petauros del azúcar, un biólogo del desarrollo evolutivo Ricardo Mallarino de la Universidad de Princeton y su entonces estudiante de posgrado Jorge Moreno se asoció con Olga Dudchenko y Erez Liberman Aiden del Baylor College of Medicine, junto con otros colaboradores en EE.UU. y Australia, para secuenciar los genomas de 15 especies de marsupiales. Entre ellos se encontraban especímenes antiguos de colecciones de museos, algunos de los cuales eran especies en peligro de extinción. Varios de los marsupiales tenían una membrana deslizante y otros no. Al comparar los genomas de especies marsupiales planeadoras y no planeadoras, los investigadores pudieron identificar regiones del genoma que evolucionaron más rápido en las especies planeadoras que en las no planeadoras. Los resultados fueron publicado el 24 de abril en Nature.
Buscar entre estos genomas fue una tarea monumental: “Cuando trabajas en escalas de tiempo de decenas de millones de años, tienes genomas completos y estás tratando de examinar un granero de heno en busca de agujas”, explica Kim Cooperque estudia la evolución de las proporciones esqueléticas en los jerbos del desierto en la Universidad de California, San Diego, y no participó en la investigación.
El equipo identificó más de 1.000 regiones en el genoma de los marsupiales que mostraban una evolución acelerada, o tasas más rápidas de mutaciones del ADN, en las especies deslizantes (y, por tanto, eran candidatas a cambios genéticos que podrían contribuir a la evolución de la membrana deslizante). Pero ni una sola “región acelerada de planeador” (una que exhibiera una tasa acelerada de mutaciones) fue compartida entre las tres especies de planeadores estudiadas. Al principio fue una decepción porque no había ninguna prueba irrefutable: no había ningún gen candidato claro al que perseguir. Pero después de pensarlo más, el equipo se dio cuenta de que muchas de estas regiones aceleradas por planeadores regulaban la actividad de otros genes y que era posible inferir computacionalmente los genes diana que regulaba cada una de estas regiones. Además, los investigadores sabían a partir de trabajos anteriores qué genes se activaban en el patagio en desarrollo. Cuando se centraron en genes activados en el patagio que estaban regulados por las regiones aceleradas en las tres especies, destacó un solo gen: emx2, un factor de transcripción que orquesta la actividad de muchos otros genes del desarrollo.
“Cada especie individual está experimentando su propia evolución”, dice Moreno, ahora becario postdoctoral en el Instituto Stowers en Kansas City, Missouri. “Lo que creemos que está sucediendo es que han convergido en torno a este gen clave del desarrollo que pueden desplegar de una manera que esencialmente logre el mismo resultado. Pero la forma de llegar a ese resultado puede ser diferente. Eso es lo que nos muestran estas diferentes evoluciones de potenciadores”.
Los hallazgos son “consistentes con la idea de que la evolución de los rasgos a lo largo de largos períodos de tiempo tiene mecanismos genéticos complejos”, dice Cooper, refiriéndose a los más de 1.000 cambios genómicos identificados. Al mismo tiempo, dice, aunque reconocieron esa complejidad, los investigadores pudieron centrarse en un gen particular que parecía ser una “piedra clave” o un nodo crítico dentro de la red más grande y compleja de genes del desarrollo.
Investigar la función de las secuencias genéticas en rápida evolución que regulan la actividad de emx2 En los tres planeadores, los investigadores examinaron esas secuencias conectándolas a un gen que produce una proteína fluorescente e inyectándolas en una línea celular del planeador del azúcar. Al hacerlo, descubrieron que las secuencias de los marsupiales deslizantes mostraban una mayor fluorescencia que las secuencias equivalentes de las especies no deslizantes, lo que indica que emx2 se activó más fuertemente en las especies planeadoras.
Debido a que los marsupiales nacen muy temprano y la mayor parte de su desarrollo ocurre mientras están en la bolsa de su madre (en lugar de en el útero), los investigadores también tuvieron la oportunidad de manipular emx2 durante la fase crítica del desarrollo de los joeys cuando se estaba formando la membrana. Para probar qué estaba haciendo el gen, los investigadores sacaron a los joeys de la bolsa de su madre mientras los dejaban adheridos al pezón de la madre, rápidamente les inyectaron un virus que llevaba una molécula que regulaba negativamente la actividad de emx2 Y vuelve a poner los joeys en la bolsa. Varios días después observaron que la membrana deslizante no crecía al mismo ritmo que en un grupo de control al que se le había inyectado un vehículo de administración viral que carecía de la molécula inhibidora. El experimento indicó que emx2 Fue importante para la proliferación de las células que construyen el patagio.
Los investigadores también tenían curiosidad por saber qué otros cambios ocurrían cuando emx2 fue reprimido. Al secuenciar el ARN del patagio, observaron una reducción en la actividad de Wnt5amiembro de la Wnt familia de genes que participa en una multitud de procesos de desarrollo diferentes, incluida la proliferación y migración celular, el modelado de células y tejidos, y más. Esto sugirió que emx2 estaba afectando al patagium al menos en parte al regular la actividad de Wnt5a.
Para comprender más sobre el papel de emx2, los investigadores recurrieron a ratones de laboratorio. Curiosamente, vieron que emx2 se expresó en la piel de los flancos de ratones con desarrollo normal, al igual que en los petauros del azúcar. Pero dos días después la expresión de emx2 en los flancos de los ratones desapareció por completo. Cuando este gen se mantuvo activado artificialmente en ratones de laboratorio, los investigadores observaron que las células proliferaban y que la piel se engrosaba de forma similar a la membrana en desarrollo de los petauros del azúcar. Sin embargo, el resultado no fue un ratón planeador: otros cambios genéticos también son importantes en el desarrollo del patagium.
Sin embargo, fue sorprendente que los mismos comportamientos celulares fueran desencadenados por la activación persistente de emx2 tanto en los petauros del azúcar como en los ratones. “Estos mecanismos en realidad parecen estar muy conservados a lo largo de la evolución”, dice Mallarino. “Si activas este gen, generas algunos de los mismos comportamientos celulares que se ven en una especie que divergió hace 160 millones de años. Eso fue genial”.
Estudios anteriores en ratones de laboratorio demostraron que emx2 Tiene funciones importantes en el desarrollo del cerebro y el desarrollo de la escápula y la pelvis, donde participa en la proliferación celular. Los planeadores simplemente han aprovechado ese mecanismo en lugar de inventar una nueva forma de aumentar la proliferación celular.
“La evolución juega con lo que tiene”, dice Mallarino. “Por lo general, es este conjunto determinado de genes el que puede generar un conjunto determinado de comportamientos celulares, y simplemente los implementas donde sea necesario”.
2024-04-24 17:00:00
#Cómo #los #petauros #del #azúcar #obtuvieron #sus #alas,