De acuerdo con una nueva investigación realizada por científicos de la Universidad de Chicago, la evolución de las llamativas aletas pectorales en forma de ala de los patines y los rayos se basó en genes reutilizados. Al estudiar los patines embrionarios, descubrieron que la parte posterior de la aleta está construida porgenes típicos de desarrollo de extremidades; pero la porción frontal se desarrolla a través de un conjunto diferente de genes que generalmente se encuentran en las áreas de los hombros de otras especies.
Los resultados, publicados en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias el 7 de diciembre de 2015, arrojó luz sobre los mecanismos genéticos responsables de la evolución y diversificación de los apéndices de vertebrados.
"Lo sorprendente es que la anatomía extraordinaria de las aletas del patín se produce mediante simples ajustes a los procesos que hacen que las aletas de otros peces tengan un aspecto más normal", dijo el autor principal del estudio Neil Shubin, PhD, profesor de Robert R. BensleyBiología Organística y Anatomía en la Universidad de Chicago.
Cómo se desarrollan las extremidades de los tetrápodos, o animales de cuatro patas, es un área de intensa investigación en biología, con grandes avances en la comprensión de la genética y los mecanismos moleculares involucrados. Sin embargo, se sabe mucho menos sobre cómo los peces adquirieron su notable diversidaden forma y función de aleta, incluido al menos un conjunto que se adaptó para la vida en tierra.
Para estudiar cómo evolucionan y se diversifican las aletas, Shubin y su equipo, dirigido por Tetsuya Nakamura, PhD, becario postdoctoral en la Universidad de Chicago, analizaron la expresión génica en los embriones de batoides, un grupo de peces cartilaginosos que incluye patines y rayas,que evolucionó de un antiguo linaje de tiburones que alteró drásticamente su plan corporal para adaptarse a la vida en los fondos oceánicos o fluviales. Con cuerpos planos y aletas pectorales anchas fusionadas en sus cabezas, los batoides poseen una de las formas de apéndice más singulares entre los vertebrados.
Los investigadores descubrieron que las aletas pectorales de los patines embrionarios, al menos al principio, reflejaban el desarrollo de las extremidades en otras especies de peces y tetrápodos. Un grupo de genes y factores de crecimiento se expresan en patrones precisos en el apéndice en ciernes, que ayudan a crear elcresta ectodérmica apical AER: una región que estimula la proliferación celular a lo largo del borde de crecimiento de la extremidad y es esencial para el alargamiento, la organización y el desarrollo adecuado.
La mayoría de las especies tienen un AER por apéndice, pero el equipo descubrió que los patines desarrollarán dos: uno que dirige el crecimiento de la aleta pectoral hacia la cola, mientras que el otro dirige el crecimiento hacia la cabeza.
Notablemente, diferentes grupos de genes parecen controlar las dos regiones. Entre los muchos genes involucrados, la familia de factores de transcripción 5'Hox y el factor de crecimiento Fgf10 juegan un papel central en la formación y mantenimiento de la AER en la mayoría de los peces y tetrápodos.En los patines, estos genes estaban presentes y funcionaban normalmente en la región de la aleta que crecía hacia la cola, sin embargo, la región orientada hacia la cabeza era mantenida por un grupo separado de genes, principalmente los factores de transcripción 3'Hox y Fgf7.
"Aunque las regiones posterior y anterior de una aleta de skate parecen similares, la expresión génica es totalmente diferente", dijo Nakamura. "Esto indica que tienen mecanismos muy diferentes que controlan el crecimiento de la porción anterior, que no se encuentran en los tetrápodos".u otros peces. Creo que estos genes son muy importantes para la evolución de las formas de skate o stingray ".
Aunque las familias de genes 3'Hox y 5'Hox y Fgf7 y Fgf10 respectivamente están relacionadas entre sí, normalmente realizan diferentes funciones en diferentes lugares. En la mayoría de las especies, los genes 3'Hox y Fgf7 se observan en la base deextremidad incipiente, alrededor de donde eventualmente estaría el hombro. La expresión de estos genes en la aleta pectoral, y su papel en la creación de un segundo AER, parece ser una adaptación única que poseen los batoides.
Los investigadores ahora están explorando más a fondo los mecanismos genéticos involucrados en el desarrollo de las aletas batoides, así como otras formas distintivas de aletas en otras especies.
"Los patines parecen haber redistribuido un módulo genético preexistente en la parte anterior de sus aletas, lo que permitió la evolución de su forma única", dijo Nakamura. "Una mejor comprensión de estos mecanismos moleculares nos ayudará a responder preguntas sobre la diversidad general dealetas de peces: cómo cambiaron las formas, qué formas son posibles, qué kits moleculares se pueden reclutar y, en última instancia, cómo las aletas se transformaron en extremidades de tetrápodos ".
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Materiales proporcionado por Centro médico de la Universidad de Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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