la biología evolutiva rebosa de entusiasmo y verdaderos avances: un campo nuevo llamado evo-devo, que estudia la diversidad de las formas vivientes, muestra que el desarrollo embriónico modela poderosamente la evolución, y los científicos recurren a estudios genómicos para ampliar el conocimiento de la evolución humana.
Muchas formas de vida con pocos genes
Desde sus humildes orígenes como una sola célula, la vida ha evolucionado en un espectacular abanico de formas y tamaños. La manera precisa en que dicha diversidad de formas pudo surgir de las muchas mutaciones genéticas aleatorias de la evolución se ha mantenido como una de las preguntas más fascinantes en la biología evolutiva.
Ahora, tras más de un siglo de cavilaciones, los científicos encuentran respuestas en el campo conocido como evo-devo, abreviación de “evolution and development”, que es el estudio combinado de evolución y desarrollo.
Para empezar, los investigadores de evodevo descubren que la evolución de complejas formas nuevas, más que requerir muchas mutaciones o genes nuevos, como se había pensado durante mucho tiempo, puede lograrse con pequeños ajustes a genes y planes de desarrollo ya existentes.
Más extraño aún es que los investigadores descubren que los genes y las secuencias de ADN que pueden ser ajustados para crear formas y partes corporales nuevas son sorprendentemente escasos.
Hace más de un siglo, Charles Darwin señaló que desarrollar formas de vida sería clave para el estudio de la evolución. En un principio, rindió pocos frutos. Pero la llegada de la biología molecular, en los años 80, infundió nuevo vigor al estudio del desarrollo (el proceso por el cual un óvulo fertilizado se convierte en un adulto) y el evo-devo rápidamente atrajo la atención de los científicos, cuando los avances iniciales revelaron que los mismos genes maestros trazaban planes y partes corporales fundamentales por todo el reino animal.
En uno de los estudios nuevos más emocionantes, un equipo de científicos, encabezado por Cliff Tabin, biólogo de desarrollo en la Facultad de Medicina de la Universidad de Harvard, investigó un ejemplo clásico de evolución por selección natural, la evolución de los pinzones de Dar-win, en las Islas Galápagos.
Al igual que otros organismos que lograron llegar al archipiélago, en las aguas frente a la costa de Ecuador, los pinzones de Darwin han prosperado en su aislamiento, al evolucionar en muchas y diversas especies. Pasó una buena cantidad de tiempo para que Darwin se diera cuenta de que todas estas aves eran pinzones o incluso de que estaban emparentadas.
Se le debe perdonar, pues aunque las especies descienden de un pinzón pionero original, ya no portan su característico pico corto y delgado, excelente para extraer semillas diminutas de sus cáscaras. De hecho, los pinzones desarrollaron una diversidad de picos, para adaptarse a los nuevos alimentos en las islas.
Los científicos habían supuesto que las dramáticas alteraciones en el pico habrían exigido la acumulación de muchas mutaciones fortuitas en muchos genes distintos. Pero el evo-devo ha revelado que obtener un pico nuevo puede ser más sencillo de lo que cualquiera había imaginado.
Tabin y sus colegas encontraron que, entre más grueso y elevado era un pico, con más fuerza se expresaba al inicio de su desarrollo un gen conocido como BMP4. Para verificar que, en efecto, el propio gen BMP4 podía desencadenar el crecimiento de picos más espléndidos, grandes y aptos para cascar nueces, los investigadores incrementaron artificialmente la producción de BMP4 en los picos en desarrollo de embriones de pollos. Los pollitos comenzaron a desarrollar picos más anchos, altos y robustos, similares a los de un pinzón cascanueces.
En los pinzones con picos largos aptos para hurgar, los investigadores encontraron un gen diferente en funcionamiento, conocido como calmodulina.
Al igual que con el BMP4, entre más se expresaba la calmodulina, más largo se volvía el pico. Cuando los científicos incrementaron de forma artificial la calmodulina en embriones de pollos, éstos comenzaron a desarrollar picos alargados.
Así que los científicos encontraron el potencial para recrear una diversidad de picos con sólo estos dos genes, sin necesidad de decenas ni cientos de ellos.
Un fenómeno similar ha sido hallado en los peces conocidos como cíclidos, que han desarrollado una variedad de mandíbulas para los distintos alimentos disponibles en lagos, en África.
“No surgen genes nuevos siempre que surge una especie nueva”, dijo Brian K. Hall, biólogo de desarrollo en la Universidad de Dalhousie, en Nueva Escocia, Canadá. “Básicamente, se toman genes y procesos existentes y se modifican, y por eso es que los humanos y chimpancés pueden ser 99 por ciento similares a nivel genómico”.
El evo-devo también ha comenzado a mostrar cómo especies diferentes, en ocasiones, darán con soluciones sorprendentemente similares al enfrentarse a los mismos retos.
Los cíclidos han desarrollado pares de especies equiparables, surgidas de forma independiente en lagos separados, en África. En el Lago Malawi, por ejemplo, hay una especie larga y de cabeza plana, con una mandíbula inferior pronunciada, que guarda un sorprendente parecido con una especie no relacionada que lleva un estilo de vida similar en el Lago Tanganyika.
Quizás los mismos genes entran en acción, independientemente del lugar geográfico, para desarrollar las mismas formas que ofrecen las mismas soluciones para los mismos desafíos ecológicos.
Uno de los grandes puntos fuertes del evo-devo es su naturaleza interdisciplinaria. El año pasado, Neil Shubin, biólogo evolutivo en la Universidad de Chicago y el Museo Field, reportó el descubrimiento de un pez fósil en la Isla Ellesmere, en el norte de Canadá. Él y sus colegas habían encontrado el tiktaalik, como bautizaron al pez, tras una búsqueda de seis años.
Perseveraron durante tanto tiempo porque estaban seguros de haber encontrado la edad y tipo de roca correctas, donde era probable encontrar al fósil de un pez que hubiera intentado hacer la transición a la vida terrestre. Y el tiktaalik pareció ser precisamente ese pez, aunque también tenía unas cuantas sorpresas para los investigadores.
“El tiktaalik es especial”, dijo Shubin. “Tiene una cabeza plana con ojos en la parte superior, tiene branquias y pulmones y es un animal que explora la interfase entre agua y tierra”.
El tiktaalik fue un descubrimiento verdaderamente impactante porque este pez aficionado al agua tenía muñecas, un atributo que, se pensaba, había sido una innovación estrictamente confinada a los animales que ya habían hecho la transición a la tierra.
“Esto nos indicaba que una pieza del conjunto de herramientas, para crear brazos, piernas, manos y pies, bien podría estar presente en las extremidades de los peces”, dijo Shubin. Pero a pesar de lo fascinante que era el tiktaalik, también estaba hecho piedra y no proporcionó ADN que pudiera arrojar luz sobre la presencia, o ausencia, de algún gen particular.
Así que Shubin hizo lo que más investigadores de evo-devo aprenden a hacer: trasladarse de una disciplina (paleontólogo) a otra (biólogo molecular).
Él y sus colegas iniciaron un estudio de los peces vivos, pero ancestrales, conocidos como espátula.
Lo que encontraron fue que estos peces ponían en funcionamiento genes de control conocidos como genes Hox, en una forma característica de las bestias de cuatro patas y aficionadas a la tierra conocidos como tetrápodos.
Entre los tetrápodos se encuentran las vacas, personas, aves, roedores y demás. En otras palabras, el potencial para crear dedos, manos y pies, innovaciones cruciales para salir del agua y llevar una vida de caminar y andar a rastras sobre tierra, parece haber estado presente en los peces, mucho antes de que éstos comenzaran a abrirse camino para salir del lodo. “Las herramientas genéticas para la creación de dedos, en manos y pies, estuvieron presentes durante mucho tiempo”, escribió Shubin en un correo electrónico. “Lo que faltó fueron las condiciones de ambiente donde estas estructuras serían útiles.
Los dedos surgieron cuando aparecieron los entornos adecuados”.
Y he aquí otro de los temas principales que surgen del evo-devo.
Acontecimientos importantes en la evolución, como la transición de la vida en el agua a la vida en la tierra no son necesariamente desencadenados por el surgimiento de mutaciones genéticas que crearán las partes corporales necesarias, o incluso la apariencia de las partes corporales en sí, como se había supuesto durante mucho tiempo. En su lugar, se teoriza que la situación ecológica adecuada, el hábitat adecuado en el que dichas formas nuevas y audaces demostrarán ser particularmente ventajosas, podría ser lo que se necesita para poner en marcha estas importantes transiciones.
Hasta el momento, la mayor parte del trabajo en evo-devo ha sido sobre animales, pero los investigadores también han comenzado a ver un proceso similar en los orígenes de las flores.
Ediciones Anteriores
