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El remoto origen de los dedos

Nuevos datos genéticos contradicen la teoría actual sobre el desarrollo de los miembros. El estudio revela que los genes responsables para la creación de manos y pies estaban presentes antes de que los peces necesitaran patas.
Según un estudio realizado en la Universidad de Chicago y publicado recientemente en Nature (” An autopodial-like pattern of Hox expression in the fins of a basal actinopterygian fish “) antes de que aparecieran los animales de cuatro miembros (tetrápodos) hace 365 millones de años, los peces ya poseían los genes asociados que permitieron el desarrollo ulterior de manos y pies aunque no necesitaran de esas partes anatómicas.
Este hallazgo contradice la teoría aceptada (aunque debatida) durante mucho tiempo que afirma que la adquisición de miembros fue un evento totalmente novedoso en la evolución, en el cual ciertas especies de peces alteraron dramáticamente sus genes para adaptar sus cuerpos a un nuevo ambiente.
El estudio muestra que las herramientas genéticas de desarrollo que permitieron construir los dedos de las patas existían mucho tiempo antes de la adquisición de miembros en sí en una forma de vida primitiva de peces óseos: los peces espátulas. De este modo la capacidad genética vista en los tetrápodos para construir sus miembros completos es mucho anterior a lo que se creía.
Los investigadores han usado como modelo animal para el estudio al pez espátula ( Polyodon spathula ) en lugar del pez cebra (típico en los experimentos genéticos de laboratorio). Estos peces proceden de un primitivo linaje que se remonta a hace 415 millones de años. En lugar de las aletas simples del pez cebra estos otros peces tienen una aleta ósea más elaborada, y similar a las presentes en los vertebrados más primitivos como tiburones y otras especies extintas de peces. Este pez se cría en cautividad para producir caviar y permite a los científicos un acceso fácil al animal en estudio.
La aleta de este pez se parece a la del pez cebra, y su interior es muy similar, pero la parte de atrás tiene elementos de mayor longitud.

Anatomía comparada de las aletas y patas. Foto: M.C. Davis.

La teoría aceptada en la comunidad científica mantiene que el patrón de la expresión del gen Hox visto en el pez cebra representa, en el caso de sus aletas, el estado más primitivo de cualquier vertebrado, y que el grupo de los tetrápodos añadió sobre este elaborado sistema una segunda fase que alteraba el patrón esquelético de la aleta para producir las manos y pies.
Los científicos estudiaron el desarrollo de las aletas del pez espátula para comprobar si los genes activados para crear las manos y pies de los tetrápodos eran diferentes de los genes activados para crear las aletas del pez.
El equipo de investigadores se concentró en los genes Hox que se activan durante el desarrollo embrionario y que juegan un papel fundamental en el desarrollo de los miembros.
La familia de genes Hox (no sólo los que determinan los miembros, sino todos aquellos que determinan la cabeza, el torax, etc) divide el embrión en una serie de regiones que se desarrollarán morfológicamente en las diferentes partes del cuerpo. Son unos genes fundamentales en todos los animales y muchos de ellos se remontan a la explosión del Cámbrico.
Para saber dónde se activaban estos genes Hox utilizaron un marcador molecular y vieron que el patrón de actividad tenía similitudes con el patrón es estos mismos genes en los miembros de los tetrápodos.

Los tetrápodos (nosotros incluidos) tienen una segunda fase en la expresión del gen Hox que ocurre más tarde durante su desarrollo. Durante esta segunda fase se desarrollan las manos y pies. A pesar que esta segunda fase no se da en el pez cebra, los científicos encontraron que sí está presente en el pez espátula. Esto revela que el patrón de actividad genética que se creía único en los vertebrados con manos y pies es, de hecho, mucho más primitivo.
Este descubrimiento proporciona apoyo a la teoría alternativa a la tradicional que sostiene que los genes que ayudan a crear los dedos han existido mucho antes de que hace 375 millones de años Tiktaalik roseae empezara a abandonar el agua y a caminar sobre el suelo.
Antes de este estudio de las aletas los científicos tenían pruebas sobre de dónde provienen las muñecas. Una teoría popular mantenía que fue un desarrollo novedoso, una variación genética que dio lugar a una función totalmente nueva. El hallazgo de Tiktaalik proporcionó apoyo a esta teoría que más tarde ha sido probado genéticamente por estos mismos investigadores de la Universidad de Chicago.
Los científicos intentan desentrañar el misterio de la evolución de los miembros a través del registro fósil teniendo en cuenta la morfología y estudiando los mecanismos genéticos específicos. Para poder usar este último método se necesita estudiar algún animal que no haya cambiado mucho genéticamente desde que surgieran sus más remotos antepasados. El pez cebra ha cambiado morfológica y genéticamente mucho desde hace millones de años y no es posible comparar sus aletas con los miembros de los tetrápodos, pero en el caso del pez espátula esto sí es posible.
Aunque este patrón de genes ayude a crear manos y pies en los vertebrados actuales, su función original no era esa. El pez espátula usa esos genes en una segunda fase de desarrollo de sus aletas para completar su morfología aunque no tenga dedos ni nunca los haya tenido.
La capacidad de construir miembros con dedos existió durante mucho tiempo, pero se necesitó un conjunto de cambios ambientales y ecológicos que hicieron surgir esta capacidad cuando se necesitó.
En el Devónico tardío animales como Tiktaalik y sus descendientes adquirieron miembros con dedos usando este diseño primitivo porque el ecosistema donde vivían, y consistente en pequeñas corrientes de agua, era nuevo. Las herramientas genéticas existían, pero se necesitó la aparición de la oportunidad adecuada para usarlas.
Por tanto los primeros tetrápodos no partiron de cero para crear sus cuatro miembros. Tuvieron que desarrollar patas y muñecas, pero para el resto (los dedos) reusaron genes existentes.
Este estudio proporciona una información nueva e importante acerca de la evolución de manos y pies en los animales vertebrados. Proporciona una pieza más en el rompecabezas de la evolución de los miembros (incluyendo los nuestros) y nos ayuda a saber mejor nuestros más remotos y directos orígenes.
Este grupo de investigadores pretende ahora estudiar estos mismos genes Hox en especies más primitivas como los tiburones, para así remontarse a los antepasados más antiguos portadores de estos genes.

Fuentes y referencias: University of Chicago.