El crustáceo de agua dulce Daphnia (pulga de agua) es un organismo de investigación común en ecología, toxicología, biología del desarrollo evolutivo y otros campos. Crédito:Proyecto Agua
Muchos crustáceos, como la langosta, los cangrejos y los percebes, tienen un caparazón en forma de capa que sobresale de la cabeza y que puede cumplir varias funciones, como una pequeña cueva para almacenar huevos o un escudo protector para mantener las branquias húmedas.
Se ha propuesto que este caparazón (caparazón) no evolucionó a partir de ninguna estructura similar en el ancestro crustáceo, sino que apareció de novo (o de la nada) a través de una cooptación un tanto aleatoria de los genes que también especifican las alas de los insectos. /P>
Sin embargo, en un nuevo estudio del Laboratorio de Biología Marina (MBL), la investigadora asociada Heather Bruce y el director Nipam Patel proporcionan evidencia de una visión alternativa:el caparazón, junto con otras estructuras en forma de placa en los artrópodos (crustáceos, insectos, arácnidos y miriápodos) evolucionaron a partir de un lóbulo lateral de la pierna en un ancestro común.
Esta evidencia respalda su propuesta de un nuevo concepto de cómo evolucionan las estructuras novedosas, que sugiere que, después de todo, no son tan novedosas. El estudio, sobre el caparazón del crustáceo Daphnia, aparece en línea en Current Biology .
"Cómo surgen las nuevas estructuras es una pregunta central en la evolución", dice Bruce. "La idea predominante, llamada cooptación de genes, es que los genes que funcionan en un contexto, por ejemplo, para hacer alas de insectos, terminan en un contexto no relacionado, donde hacen, por ejemplo, un caparazón", dice Bruce. "Pero aquí mostramos que el caparazón de Daphnia no apareció de la nada".
Más bien, proponen que el lóbulo ancestral de la pata en forma de placa que evolucionó tanto en el ala como en el caparazón probablemente estuvo presente en el antepasado de todos los artrópodos vivos. Pero debido a que el ala y el caparazón se ven tan diferentes de esta placa ancestral y de otras placas en linajes de artrópodos vecinos, nadie se dio cuenta de que eran todos iguales.
"Estamos empezando a darnos cuenta de que las estructuras que no se parecen en nada (alas, caparazones, placas tergales) son en realidad homólogas", dice Bruce. "Eso sugiere que tienen un origen único que es mucho más antiguo de lo que nadie hubiera pensado, allá por el período Cámbrico, hace [500 millones] de años".
Estuvo ahí todo el tiempo (persistencia críptica)
El artrópodo ancestral tenía múltiples placas en cada pata en cada segmento del cuerpo, similar al crustáceo vivo Parhyale. Los artrópodos posteriores reprimen la mayoría de estos, pero cualquier placa puede desreprimirse en cualquier segmento del cuerpo para formar lo que parecen ser estructuras novedosas. El caparazón de Daphnia evolucionó al desreprimir y elaborar la placa azul de la cabeza y el ala del insecto evolucionó al desreprimir y elaborar la placa torácica rosa. Crédito:Bruce y Patel, Biología actual , 2022
Bruce llama a su modelo de cómo surgen nuevas estructuras "persistencia críptica de homólogos seriales".
"Los homólogos seriales son cosas como manos y pies, o las vértebras de nuestra columna vertebral, o las muchas patas que se repiten en el cuerpo de un ciempiés", dice ella. "Las [repeticiones] pueden verse muy diferentes, pero se pueden ver similitudes, y todas están construidas usando las mismas vías genéticas iniciales. En algunos casos, la estructura completa no crece; puede obtener una pata de ciempiés truncada, o es realmente sutil y diminuto. Si bien las células han sido programadas para formar la pierna, en realidad no están creciendo fuera de la pierna".
En opinión de Bruce, estos rudimentos latentes (patas, placas, etc.) pueden persistir durante millones de años, siempre que otra repetición de la estructura siga presente en alguna otra parte del animal. Y cuando sea el momento adecuado, la estructura puede volver a crecer y tomar diferentes formas en diferentes especies:un ala en un insecto, por ejemplo, o un caparazón en un crustáceo.
"Si ya no se necesita una estructura ancestral, es probable que la naturaleza simplemente trunque o reduzca ese tejido en lugar de eliminarlo por completo. Pero el tejido sigue ahí y puede elaborarse nuevamente en linajes posteriores, y nos parece novedoso", dice Bruce. .
"Este tipo de truncamiento es probablemente común en la evolución porque las redes genéticas son muy interdependientes", explica Bruce. "Si se eliminara una vía genética o un tejido, alguna otra vía o tejido se vería afectado".
"Creo que la persistencia críptica puede ser una explicación para muchas estructuras 'novedosas'", dice Bruce.
Los autores sacaron sus conclusiones analizando los patrones de expresión génica en varias especies de artrópodos y eliminando otras hipótesis sobre cómo pudo haber evolucionado el caparazón.
"El antiguo origen común de todas estas estructuras en forma de placa [en los artrópodos] sugiere que las redes de genes que modelan estas estructuras son muy evolutivas y plásticas. Son capaces de generar una cantidad asombrosa de diversidad", dice Bruce.
