Según Giobbe Forni, investigador de la Universidad de Bolonia, "el mapeo de la presencia y ausencia de rasgos en un árbol de especies sugiere que algunos rasgos pueden haberse perdido en los linajes que condujeron a las especies existentes y luego se han restablecido posteriormente. Alas en los insectos palo se consideran uno de los ejemplos más emblemáticos de este proceso evolutivo."

Esto implica que los genes subyacentes a estos rasgos pueden conservarse, en algunos casos, durante millones de años. Desafortunadamente, la investigación sobre las bases moleculares de tal resurgimiento es escasa, lo que deja los mecanismos subyacentes responsables de dicha preservación en gran medida abiertos a la especulación hasta ahora.

En un nuevo estudio publicado en Genome Biology and Evolution , Forni y sus colegas arrojan luz sobre otro rasgo complejo que se ha perdido en algunos insectos palo:la producción de machos.

La pérdida de la capacidad de producir machos da como resultado poblaciones formadas únicamente por hembras, que se reproducen por partenogénesis, una forma de reproducción asexual. El estudio revela que los genes que están altamente conectados en redes reguladoras e involucrados en múltiples procesos biológicos pueden mantenerse mucho después de que se pierde un rasgo, lo que proporciona una vía potencial para la reaparición de rasgos en largas escalas de tiempo evolutivo.

En el nuevo estudio, Forni y sus coautores Barbara Mantovani, Alexander S. Mikheyev y Andrea Luchetti realizaron un análisis comparativo de tres especies de insectos palo del género Bacillus. Mientras que las poblaciones de Bacillus grandii marettimi están compuestas por machos y hembras que se reproducen sexualmente, Bacillus atticus comprende poblaciones con únicamente hembras que se reproducen por partenogénesis.

Una tercera especie, Bacillus rossius, incluye poblaciones tanto sexuales como partenogenéticas. Al estudiar el destino de los genes implicados en la reproducción masculina en estas tres especies, los autores intentaron investigar hasta qué punto los genes se conservan después de la pérdida de rasgos y los posibles mecanismos que impulsan esta preservación.

Los investigadores primero identificaron redes de genes cuya expresión se correlacionaba con la reproducción masculina o femenina en la especie sexual B. marettimi y luego evaluaron los mismos genes en B. atticus y B. rossius. Sorprendentemente, los genes relacionados con los machos no mostraron signos de selección debilitada o evolución acelerada en comparación con los genes relacionados con las hembras en las especies partenogenéticas. Además, los patrones de expresión genética relacionados con los machos se conservaron parcialmente en ambas especies partenogenéticas.

Profundizando más, los investigadores descubrieron que los genes de las redes relacionadas con las mujeres se expresaban principalmente en los tejidos reproductivos femeninos, mientras que los de las redes relacionadas con los hombres se expresaban en los tejidos reproductivos masculinos y femeninos, incluidas las hembras sexuales y partenogenéticas. Esto sugiere que los genes relacionados con los hombres también pueden desempeñar un papel en la reproducción femenina.

La participación de un gen en múltiples procesos biológicos se conoce como pleiotropía, y este fenómeno puede explicar la preservación de genes relacionados con los machos en estos insectos palo partenogenéticos, como se había planteado anteriormente.

Además, los autores encontraron que los genes que estaban altamente conectados con muchos otros genes en la red tenían más probabilidades de expresarse en los tejidos reproductivos de partenógenos, lo que sugiere que la conectividad de la red de un gen también puede influir en su preservación genética después de la pérdida de un rasgo.

En conjunto, estos hallazgos indican "que el plan molecular del proceso reproductivo masculino, una vez perdido, puede persistir debido a efectos pleiotrópicos sobre otros rasgos", explica Forni. "Diferentes genes pueden emprender diferentes trayectorias de preservación y descomposición dependiendo del nivel de pleiotropía dentro de la red reguladora de genes".

Este estudio no sólo arroja luz sobre la persistencia de la arquitectura genética después de la pérdida de rasgos, sino que también ofrece una visión potencial de la aparición de machos raros y de sexo críptico (es decir, generación episódica de machos y reproducción sexual), que se han observado en un número cada vez mayor de linajes. que se pensaba que habían perdido la capacidad de producir machos hace mucho tiempo. Esto abre nuevas vías potenciales para la investigación, con implicaciones que pueden ir mucho más allá de los insectos palo.

"Sigue siendo fundamental observar cuán extendida está la preservación genética después de la pérdida de rasgos a mayor escala. Aunque el complejo de especies de Bacillus ofrece un buen marco para abordar estos problemas, sería útil analizar un complejo de especies más grande donde se han producido múltiples transiciones entre estrategias reproductivas. ", señala Forni.

"Si bien a menudo es necesario confiar en especies modelo para descubrir y analizar procesos biológicos, es aún más importante probar nuestras hipótesis en un contexto más amplio. Esto sólo será posible si dedicamos más esfuerzos a observar y analizar la asombrosa diversidad de organismos y sus intrincadas adaptaciones."