Desde la era de Darwin, los científicos se han preguntado cómo se relacionan las aves no voladoras como emús, avestruces, kiwi, casuarios y otros, y durante décadas se supuso que todos deben compartir un ancestro común que abandonó los cielos por una vida más arraigada.
A principios de la década de 2000, una nueva investigación que utilizaba herramientas genéticas cambió esa historia y, en cambio, señaló la idea de que la intrepidez evolucionó muchas veces a lo largo de la historia. Sin embargo, sin respuesta, hubo preguntas sobre si la evolución había impulsado palancas genéticas similares o diferentes en cadaesos linajes aviarios independientes.
Un equipo de investigadores de Harvard cree que ahora pueden tener parte de la respuesta.
Basado en el análisis de los genomas de más de una docena de aves no voladoras, incluido un moa extinto, un equipo de investigadores dirigido por Tim Sackton, Director de Bioinformática del Grupo de Informática FAS y Profesor de Biología Organística y Evolutiva Scott Edwards descubrió queSi bien las diferentes especies muestran una gran variedad en las porciones de codificación de proteínas de su genoma, parecen recurrir a las mismas vías reguladoras cuando se desarrolla la pérdida de vuelo. El estudio se describe en un artículo publicado el 5 de abril en ciencia .
Además de Sackton y Edward, el estudio fue escrito por el profesor de estadística y el profesor de bioestadística Jun Liu, el asistente de investigación de estadísticas Zhirui Hu, Alison Cloutier, un investigador postdoctoral que trabaja en el laboratorio de Edwards y equipos de NewZelanda, la Universidad de Texas en Austin y el Museo Real de Ontario.
"Hay una larga historia en biología evolutiva de rasgos convergentes: la idea de que hay una evolución independiente hacia el mismo tipo de fenotipo", dijo Sackton. "Lo que nos interesaba es ¿cómo sucede eso?
"Estas aves tienen un plan corporal similar", continuó. "Han reducido las extremidades anteriores, en diferentes grados, y todos tienen esta pérdida de la 'quilla' en el esternón que ancla los músculos de vuelo.un conjunto de cambios morfológicos convergentes que llevaron a este plan corporal similar en todas estas especies ".
Para comprender qué impulsó ese conjunto de cambios, Sackton, Edwards y sus colegas recurrieron a los genomas de las aves mismas.
"Queríamos comparar no solo las partes del genoma que codifican las proteínas, sino también las partes del genoma que regulan cuándo se expresan esas proteínas", dijo Sackton, de las diversas especies examinadas para el estudio. Para identificar esasregiones, el equipo utilizó un proceso que implicaba alinear los genomas de más de tres docenas de especies de aves, tanto voladoras como no voladoras, y luego identificar regiones que mostraban relativamente pocas diferencias en su secuencia genética. Estos lugares en el genoma que se conservan,pero no forma parte de las proteínas, es probable que tengan una función reguladora.
"Trabajamos con colaboradores en Estadística aquí en Harvard para desarrollar un nuevo método estadístico que nos permitió preguntar, para cada uno de esos elementos reguladores, cuántas de estas especies mostraron el mismo patrón de divergencia, lo que sugiere que han cambiado el mismo reguladorelementos ", dijo Sackton." Y lo que descubrimos fue que, si bien no hay mucho intercambio de genes codificadores de proteínas, sí existe para estas regiones reguladoras, lo que sugiere que hay vías de desarrollo compartidas que se dirigen repetidamente cada vez que este fenotipo ha evolucionado"
Si bien los genes que codifican las proteínas parecen ser responsables de las adaptaciones en la dieta, la función de las plumas y el medio ambiente, dijo Sackton, las regiones reguladoras parecen jugar un papel clave en los cambios de escala corporal que acompañan a la pérdida de vuelo.
"Lo que es interesante acerca de los cambios morfológicos ... es que tienen que preservar sus extremidades posteriores", dijo. "Hay muchas maneras de evitar que se forme una extremidad, pero encoger una extremidad anterior sin cambiar la extremidad posterior es más difícil".
Y de alguna manera, dijo Sackton, esa historia tiene sentido, por extraño que parezca, es probable que sea más fácil no formar una extremidad que reducirla.
"Si lo piensas, hay muchas maneras de romper algo", dijo. "Hay un montón de pasos al principio del desarrollo de las extremidades en los que, si una proteína no se expresa, simplemente cambiará el sistemafuera y no tienes una extremidad.
"Pero esto es en realidad un cambio complicado en la escala del cuerpo", continuó. "No se puede simplemente hacer crecer extremidades de diferentes formas, así que ... el hecho de que es importante que mantengan las extremidades posteriores funcionales limita el sistema ypodría ser la razón por la que vemos este patrón convergente "
Para probar esa teoría, el equipo etiquetó ciertas regiones reguladoras en los genomas de las aves con un gen que produciría proteína verde fluorescente, y descubrió que, en especies no voladoras, donde se cree que esas regiones experimentaron cambios funcionales, elel gen marcador fue desactivado efectivamente
"Para que una extremidad comience a crecer, es necesario que sucedan muchas cosas ... así que si puedes eliminar un potenciador y dificultar la expresión de esas proteínas, puedes retrasar ese proceso", dijo Sackton ".Esto sugiere que estas regiones pueden haber perdido algunos sitios de unión importantes que les impiden actuar como un potenciador ".
Sackton dijo que al final todo se reduce a que las aves tienen un número limitado de opciones para perseguir cuando se trata de la pérdida de vuelo, por lo que varias especies han ido al mismo pozo una y otra vez.
"Esa es la conclusión que sacaríamos de este trabajo", dijo. "Hay un número limitado de formas en que puede obtener este tipo de cambio en la escala, y se centran en esta regulación del desarrollo temprano de las extremidades".
El estudio también destaca el poder del enfoque multidisciplinario adoptado por Sackton, Edwards y colegas.
"Una de las cosas que fue emocionante sobre este proyecto, para mí personalmente, fue cómo pudimos aportar la experiencia computacional en el Grupo de Informática para abordar esta cuestión realmente importante en biología evolutiva. Esta unión de genética computacional y estadística conlas perspectivas de la historia natural son importantes para tener una idea completa de cómo evolucionaron estas aves "
"Es emocionante lo que se puede hacer con un equipo de investigación con diversas habilidades", agregó Edwards. "Nuestro grupo tenía biólogos del desarrollo, biólogos computacionales, morfólogos, estadísticos, genetistas de población y, por supuesto, ornitólogos. Cada uno trae unperspectiva diferente y los resultados, creo, son increíbles "
Esta investigación fue apoyada con fondos de la National Science Foundation y el Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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