Finalmente se ha encontrado al pariente vivo más cercano del primer animal

Profundo, profundo en el tiempo geológico, hace unos 600 o 700 millones de años, los primeros animales evolucionaron en la Tierra. Sus parientes más cercanos que aún viven hoy incluyen esponjas, anémonas de mar y medusas peine. Pero exactamente cuál de estos es realmente el pariente más cercano a los primeros animales sigue siendo una de las preguntas más polémicas de la biología evolutiva. Con pocos fósiles de estos primeros animales blandos, su historia ha sido necesariamente turbia y ha sido un desafío reconstruir lo que sucedió.

Un estudio publicado el 17 de mayo en Naturaleza resuelve las relaciones de estos primeros animales al observar los cromosomas de esponjas, medusas peine, medusas y tres parientes cercanos unicelulares de animales. Mediante el estudio el patrón de cromosomas en la base del árbol evolutivo animal rompiéndose y fusionándose, un equipo de investigadores de la Universidad de California, Berkeley, la Universidad de Viena, el Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey y la Universidad de California, Santa Cruz, determinó que las medusas peine, más conocidas formalmente como ctenóforos, son de hecho las más cercanas parientes de los primeros animales.

“Comprender estas relaciones más profundas en el árbol de la vida animal es absolutamente fundamental para reconstruir la historia del origen y la evolución de muchos de los rasgos complejos que más nos interesan, como el sistema nervioso y la simetría animal”, dice. casey dunnun biólogo evolutivo de la Universidad de Yale, que no participó en el estudio.

La suposición implícita durante más de 100 años fue que la historia de la evolución animal fue en gran medida una adición gradual de características complejas en el linaje animal, explica Dunn. La principal de esas suposiciones ampliamente difundidas era que las esponjas son realmente primitivas porque carecen de neuronas y músculos. Eso llevó a la idea de que deben haberse separado del linaje animal antes de que se originaran las neuronas y los músculos. Las medusas peine tienen músculos y una red de neuronas, por lo que se pensó que se ramificarían más tarde.

Pero en 2008, basándose en la información inicial de los primeros genomas de esponjas y ctenóforos, Dunn y sus colegas habían propuso que las medusas en peine se ramificaban antes que las esponjas. Los investigadores encontraron que el inventario de genes de estos animales no coincidía con la idea de que las esponjas eran una “instantánea del tiempo antes de que evolucionara esta maquinaria”, dice Dunn. Las esponjas ya tenían genes que se parecían a los de los neurotransmisores; quizás estos se usaron para la comunicación de célula a célula mucho antes de la evolución de las neuronas, con su forma y función especializadas.

Después de ese artículo de 2008, aparecieron docenas de estudios. Algunos coincidieron con el resultado de Dunn y otros lo refutaron. “Personalmente me he mantenido neutral en este debate”, dice Paulyn Carwrightun biólogo evolutivo de la Universidad de Kansas, “porque la aplicación de modelos de evolución sutilmente diferentes sobre cómo evolucionan las secuencias podría cambiar el resultado, lo que significa que los hallazgos no fueron muy sólidos de una forma u otra”.

“Así que mi conclusión fue que es un problema muy difícil”, agrega Cartwright, quien no participó en el artículo de 2008 ni en el nuevo estudio. “Parte de la razón por la que es tan desafiante es porque estamos viendo algo que sucedió hace más de quinientos millones de años. Y no solo sucedió hace quinientos millones de años, sino que probablemente sucedió relativamente rápido en el tiempo geológico, por lo que no hay mucha información para reconstruir estos eventos tan antiguos”. Además, los ctenóforos han tenido quinientos millones de años para experimentar su propia evolución independiente y tienen una variedad de características que son exclusivas de su linaje.

En el Naturaleza papel, el equipo adoptó un enfoque nuevo y creativo para analizar los genomas de estos primeros animales. A lo largo de cientos de millones de años, las secuencias de genes mutan tanto que desaparece cualquier señal sobre la relación de los diferentes linajes. “Así que necesitas algo que evolucione muy lentamente y que puedas rastrear”, dice y Rokhsar, un genómico evolutivo de UC Berkeley, que supervisó el estudio. En lugar de observar alteraciones en los nucleótidos (cambios de una sola letra en el ADN), el método, desarrollado por Rokhsar, junto con Oleg Simákov y darrin schultzambos en la Universidad de Viena, se centra en las características a gran escala de los genomas: grupos de genes en los cromosomas.

Esta técnica se basa en una idea simple: a lo largo del tiempo evolutivo, el orden de los genes en un cromosoma se mezcla a través de mutaciones, por ejemplo, a través de inversiones que invierten el orden de los genes dentro de un cromosoma. Aunque su orden puede cambiar, los genes de un cromosoma forman una especie de grupo de enlace: por lo general, no se mezclan con los genes de otros cromosomas. Pero en raras ocasiones, los cromosomas pueden romperse y fusionarse, lo que hace que esos grupos de enlace se mezclen. Estos eventos son tan raros que es posible rastrearlos hasta los orígenes de los primeros animales.

La idea clave es que la fusión y mezcla de cromosomas es tan irreversible como la mezcla de leche en una taza de té. Entonces, los investigadores dedujeron que si observaron eventos de fusión con mezcla compartidos entre dos linajes, entonces ese evento debe haber ocurrido en el ancestro común de esos dos linajes. La irreversibilidad de los eventos de fusión y mezcla los hace particularmente adecuados para resolver relaciones en el árbol animal que se han resistido a métodos más convencionales.

Para dilucidar las relaciones en la base del árbol animal, los investigadores ensamblaron secuencias de cada cromosoma para el ctenóforo. Bolinopsis micróptera, dos esponjas de aguas profundas y tres parientes unicelulares de animales: un coanoflagelado, una ictiospora y una ameba filasterea. También utilizaron genomas existentes a escala cromosómica de cnidarios. (anémonas de mar, medusas y corales, entre otros), esponjas y anfioxos, o lancetas, invertebrado muy emparentado con los vertebrados y bilateriano, animal con simetría bilateral.

A partir de esta gran cantidad de datos genómicos, el equipo descubrió cuatro eventos de fusión y mezcla compartidos por bilaterales (amphioxus), medusas y esponjas, pero no por ctenóforos. Si las esponjas se ramificaron antes que los ctenóforos, eso requeriría que exactamente estos mismos cuatro eventos de fusión y mezcla hayan ocurrido de forma independiente en dos linajes, cuya probabilidad es muy pequeña. Por lo tanto, los hallazgos de los investigadores brindan un fuerte apoyo a la idea de que los ctenóforos se ramificaron primero. “Este documento es un cambio radical en la discusión de estas relaciones y sus implicaciones evolutivas”, dice Dunn.

“Estoy muy convencido de que [the researchers] han resuelto este debate por el tipo de personajes que están usando”, dice Cartwright. “Tienen datos muy sólidos para respaldar los primeros ctenóforos divergentes”.

Lo que significa el hallazgo es que el antepasado de todos los animales, incluidas las esponjas, ya tenía un sistema nervioso bien desarrollado, y probablemente nadaba libremente, agrega Cartwright. “Tenemos que repensar la función y la estructura del antepasado primitivo de los animales. No era como una simple esponja, pero probablemente era algo mucho más complejo”, dice ella.

Otra implicación de los hallazgos es que las esponjas perdieron muchos de los elementos de un sistema nervioso y un sistema muscular adecuados porque se alimentan por filtración adheridos al fondo del fondo del océano. Los elementos de un sistema nervioso en el genoma de la esponja pueden no ser tanto los comienzos de un sistema nervioso animal como los restos de un sistema nervioso bien desarrollado en el antepasado, explica Cartwright.

En lugar de que la evolución animal proceda como un aumento gradual de la complejidad, está claro que las pérdidas evolutivas son parte de la historia. También ha quedado claro que los primeros animales desarrollaron características inusuales de células nerviosas. Recientes descubrimientos han demostrado que los ctenóforos no tienen sinapsis, las diminutas conexiones entre las neuronas. En cambio, las células de su sistema nervioso primitivo, conocido como red nerviosa, son fusionados, formando un sincitio, “una forma completamente nueva de construir un sistema nervioso”, dice Dunn. Y aunque las esponjas carecen de neuronas, tienen células con características neuronales, llamadas neuroide células, en su sistema digestivo.

Una conclusión de esta larga búsqueda es que, a medida que se aprende más información, los investigadores pueden descubrir que los primeros sistemas nerviosos de los animales son más diversos e innovadores de lo que podemos imaginar actualmente. Ahora tenemos un árbol sólido en el que fijarlos, proporcionando una especie de hoja de ruta para futuros descubrimientos sobre la evolución de las características esenciales de los animales.