Investigadores del laboratorio de morfología evolutiva RIKEN y otras instituciones en Japón han demostrado que las divisiones complejas en el cerebro de los vertebrados aparecieron por primera vez antes de la evolución de las mandíbulas, hace más de 500 millones de años. Publicado en Naturaleza , el estudio muestra que dos elementos de la genoarquitectura cerebral que se cree que son exclusivos de los vertebrados con mandíbula están realmente presentes en dos peces sin mandíbula: el pez bruja y la lamprea.
La mayoría de las especies de vertebrados vivos tienen mandíbulas, un desarrollo que se cree que ocurrió en algún momento de la era Paleozoica. Los vertebrados con mandíbulas, incluidos los humanos, comparten muchas características de desarrollo que han permanecido sin cambios durante milenios. El plan básico de desarrollo del cerebro fue pensado por muchos científicoshaber alcanzado su finalización en vertebrados con mandíbula porque los cerebros de las lampreas y el pez bruja, el único pez sin mandíbula que permanece vivo hoy en día, parecen carecer de dos dominios clave.
La evidencia reciente puso esto en tela de juicio, y como el único laboratorio en el mundo capaz de estudiar embriones de pez bruja, el equipo de RIKEN dirigido por Shigeru Kuratani estaba en una posición única para usar técnicas derivadas de la biología del desarrollo para abordar este problema crítico.
El cerebro de los vertebrados se desarrolla a partir de un tubo neural que se divide en secciones. El desarrollo de cada sección es muy específico y está controlado por la expresión de genes particulares en momentos y lugares muy precisos. Estos patrones de expresión génica, o elgenoarquitectura - están altamente conservadas en los vertebrados con mandíbula.Las lampreas - un tipo de pez sin mandíbula - parecen carecer de dos regiones cerebrales comunes a los vertebrados con mandíbula: el cerebelo y una región llamada eminencia ganglionar medial, o MGE, de la cual el pálidoy se originan interneuronas corticales.
En los vertebrados con mandíbula, el MGE se desarrolla a partir de una sección delantera del tubo neural que expresa los genes Nkx2.1 y Hedgehog, y el cerebelo se desarrolla a partir de una región llamada labio rómbico que expresa Pax6. En el pez bruja, el equipo encontró una región enla ubicación correcta que expresa Nkx2.1 y un gen Hedgehog que se identificó por primera vez en este estudio. Esto indicó que el cerebro del pez bruja sí tiene una región MGE. De manera similar, aunque el pez bruja no tiene un cerebelo verdadero, el equipofue capaz de identificar una región clara del labio rómbico que expresa Pax6.
En este punto, el equipo confiaba en que los cerebros de los vertebrados de mordaza y mandíbula contienen patrones de desarrollo similares.
"El problema era que aún no se había demostrado que las lampreas tuvieran un patrón similar", explica Kuratani. "El patrón compartido del desarrollo del cerebro entre los halcones y los vertebrados con mandíbula planteó la posibilidad de que el cerebro aparentemente primitivo de la lamprea sea simplemente una lamprea-única característica "
Además, sin una respuesta a la pregunta de lamprea, estos patrones compartidos podrían interpretarse como cambios que ocurrieron independientemente en cada linaje, con mandíbula y sin mandíbula, después de que se separaron entre sí.
Para abordar el problema, el equipo reinvestigó la lamprea y descubrió varios genes nuevos de Nkx2.1 expresados en la ubicación correcta, pero no encontró ninguna expresión de Hedgehog, lo que indica que la lamprea MGE es ligeramente diferente de la que se encuentra en los vertebrados con mandíbula.Luego, el equipo examinó las larvas de lamprea y encontró una región con forma de labio rómbico que expresa Pax6B, aunque de manera ligeramente diferente que en el pez bruja o los vertebrados con mandíbula.
"Descubrimos que el patrón de vertebrados con mandíbula era más similar al de la bruja que a la lamprea", dice Kuratani, "y la evidencia indica que esto probablemente se deba a cambios evolutivos secundarios en la evolución de la lamprea, en lugar de cambios exclusivos de los vertebrados con mandíbula."
"Con estos nuevos hallazgos de halcones y lampreas, hemos demostrado que las dos especies existentes de peces sin mandíbula tienen un labio rómbico y un MGE, las fuentes de las interneuronas cerebelo, pálido y GABAérgico en vertebrados con mandíbula. Esto firmementecoloca el desarrollo de estos patrones genoarquitectónicos en un ancestro común compartido por vertebrados sin mandíbula y con mandíbula ".
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Materiales proporcionados por RIKEN . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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