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El desarrollo embrionario: Diversidad de patrones

Moscas con patas que salen de la cabeza, con antenas que les salen de los ojos, con muchas más patas de lo normal, dos embriones de anfibios de diferente especie que crecen juntos y unidos…

No estamos hablando de monstruos de ciencia-ficción, sino de algunos de los sádicos experimentos que se les ocurren a los investigadores en genética del desarrollo.

En este campo se están obteniendo en las últimas décadas resultados espectaculares y se está arrojando mucha luz sobre el parentesco oculto que une a los grandes grupos de organismos y sobre los procesos que originan los grandes cambios evolutivos. Todo el desarrollo temprano del embrión, tanto en humanos como en moscas de la fruta o gusanos nematodos, está regido por unas pocas familias de genes estrechamente emparentados (cuando no son idénticos), cada una de ellas compuesta también por un número reducido de genes. También el desarrollo embrionario vegetal está dirigido por un sistema de genes similar, lo que revela que el antecesor común de animales y plantas ya lo poseía, hace probablemente más de mil millones de años.

La sorprendente diversidad de los patrones corporales de los animales puede explicarse en base a pequeños cambios en la secuencia temporal o en el lugar en que operan los distintos genes de estos sistemas de regulación. Estos genes actuarían como las piezas de un mecano, que pueden combinarse de muchas formas. Un mismo gen puede ser reclutado para diferentes funciones. Por ejemplo, dependiendo de en qué célula o en qué momento se activa, lo mismo puede ordenar el crecimiento de un ala, que de una antena o una pata.

Un ejemplo del poder que las diferentes combinaciones de estas piezas tienen para provocar los grandes cambios evolutivos (difíciles de explicar por la teoría darwinista de la evolución, que postulaba pequeñas variaciones acumulativas) es el resurgimiento de una sorprendente teoría propuesta por el naturalista francés Saint-Hilaire en 1.822, que ha sido considerada durante muchos años como una extravagancia. Vertebrados y artrópodos (insectos, arácnidos y similares) son tan diferentes que es muy difícil imaginar que compartan algún antecesor común, pero Saint-Hilaire propuso que uno de estos grupos podría haber derivado del otro por inversión de sus sistemas corporales. Los vertebrados tienen el sistema nervioso en posición dorsal, el digestivo en medio y el sistema circulatorio en posición ventral. Los artrópodos tienen los sistemas en posición invertida. Ahora se ha descubierto que los genes que provocan la diferenciación en el eje dorso-ventral son los mismos en vertebrados y artrópodos, aunque están trastocados.

Una de estas familias de genes, la de los genes Hox, organiza la diferenciación a lo largo del eje antero-posterior en los animales con simetría bilateral. Ya en el propio óvulo fecundado, determinadas proteínas establecen diferencias entre los dos polos de la célula, por medio de una diferencia de concentración. Conforme se van sucediendo las divisiones celulares, diferentes genes se van activando en cascada a lo largo del eje antero-posterior (incluso estos genes suelen estar situados en secuencia lineal en el cromosoma) para dar su identidad característica a cada segmento del cuerpo.

En el embrión en sus primeras etapas se va elaborando un mapa del cuerpo, que poco a poco va siendo cada vez más detallado. Un gen dice a una zona del cuerpo que va a ser la cabeza, por ejemplo (la activación de este mismo gen en dos zonas puede generar animales con dos cabezas) y promueve la expresión de los genes que van a dar lugar a estructuras específicas de la cabeza, como un ojo. Es asombroso que el mismo gen dirija el desarrollo del ojo en mamíferos, insectos y pulpos, aunque los ojos de estos organismos sean completamente distintos.

Por otro lado, algunos de los genes que construyen estructuras homólogas, como los diferentes apéndices del cuerpo de un insecto, pueden generar una antena si se activan en la región de la cabeza o una pata si se activan en el tórax, en respuesta a los diferentes ambientes moleculares de cada región. Los mismos genes Hox también actúan en las extremidades del cuerpo generando diferencias entre su extremo distal y proximal, que se traducen al final, por ejemplo, en la formación de la mano en el extremo distal.

Múltiples características de los organismos encuentran una explicación muy sencilla gracias al conocimiento de estos genes. Hoy se sabe, por ejemplo, que las moscas tienen dos alas en lugar de las cuatro de la mayoría de los insectos por la falta de activación de un único gen. La evolución de los organismos, que usualmente se produce por mutaciones de efectos reducidos en genes que se expresan en etapas tardías del desarrollo, puede sufrir esporádicamente bruscos acelerones, cuando una mutación afecta a alguno de los genes maestros y provoca un gran cambio en los patrones de construcción del cuerpo (la inmensa mayoría de estas mutaciones serán letales, pero algunas podrían generar organismos viables).

La gran explosión de diversidad animal del Cámbrico (o del periodo inmediatamente anterior, como se tiende a pensar en la actualidad) seguramente fue propiciada por una gran libertad de los bloques de genes maestros para reorganizarse de formas variadas. Posteriormente, la intensa competencia y el aumento de eficiencia logrado por los animales mejor diseñados redujeron las posibilidades de que criaturas caprichosas y estrambóticas pudieran prosperar. Además, conforme los organismos se fueron haciendo más complicados se restringieron las libertades que podían tomarse en su planificación sin alterar gravemente el resultado final.

Un niño se hace básicamente de la misma forma que un pez o una cucaracha. Las diferencias finales son el resultado, después de todo, de que unos pocos genes se activen unos minutos más tarde o unas décimas de milímetro más lejos en los distintos embriones.








...por Antonio Jiménez ...por Antonio Jiménez


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3 comentarios en El desarrollo embrionario: Diversidad de patrones

  1. Hola a todos,

    Solamente decir que he encontrado muy interesante el reportaje sobre el desarrollo embrionario.

    Espero que sigáis con estos temas tan interesantes sobre la ciencia de nuestros días.

  2. Entonces, ¿descendemos del mono?

  3. Hola, Glata:

    sí, descendemos del mono. Entendiendo por mono un linaje de simios que hace unos 6 millones de años divergió en dos ramas: la que dio lugar a chimpancés y bonobos, y la que dio lugar a los antepasados del hombre.

    Las pruebas de que esto ocurrió así son muchas: de tipo genético, morfológico, conductual, etc… Piensa que los chimpancés son capaces de aprender cientos de signos del lenguaje de los sordomudos, combinarlos de manera creativa para expresar conceptos en frases elementales, en la naturaleza usan muchas expresiones faciales y sonidos para comunicarse entre sí, usan y construyen herramientas, cazan cooperativamente y se transmiten conocimientos unos a otros, con lo que crean varias culturas separadas. Además se parecen a nosotros en rasgos tan “humanos” como la mentira y la guerra organizada.

    También el registro fósil muestra una transición más o menos suave entre los huesos de los simios y los nuestros. El primer paso hacia la hominización fue la adquisición de la postura erguida; posteriormente los cráneos de nuestros antepasados se fueron haciendo mayores.

    Compartimos el 98% de nuestro ADN con chimpancés y bonobos. Aunque recientemente se ha anunciado que nuestros genomas difieren de los simios bastante más de lo que se creía. Ciertos elementos de la secuencia de ADN se han duplicado de manera desigual en los dos grupos y esto ha afectado mucho al patrón de expresión de los genes. Después de todo, hay bastante espacio en el genoma donde buscar a qué se deben las considerables diferencias entre nosotros y el resto de los simios.

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