Evolución en la morfología y fisiología de los seres vivos tienen mecanismos genéticos diferentes

Han encontrado pruebas experimentales que sostienen la idea de que los cambios en la morfología de los seres vivos se dan a través de unos mecanismos genéticos diferentes que los cambios producidos en su fisiología

Los biólogos han sabido por mucho tiempo que tanto la apariencia de los organismos como su funcionamiento interno están moldeados por la evolución. ¿Pero son los mismos mecanismos genéticos los que subyacen en los cambios de forma y de función? Un nuevo estudio realizado por los científicos de la Universidad de Michigan, UM y de los Insitutos Nacionales de Investigación de la Salud de Taiwán, sugiere que no.

La investigación se divulgó en la versión de Internet de Proceedings of the National Academy of Sciences.

En el estudio, el biólogo de evolución de la UM, Jianzhi “George” Zhang, y sus colegas Ben-Yang Liao y Meng-Pin Weng, se propusieron probar sistemáticamente una hipótesis propuesta por Sean Carroll en 2005. Carroll sugirió que los cambios en morfología (por ejemplo los cambios de forma, color y estructura de partes externas e internas) ocurren mediante mecanismos genéticos diferentes de los cambios en fisiología (el funcionamiento interno). Carroll respaldó su propuesta con ejemplos pero la idea, que desafiaba el dogma previo, fue discutida, dijo Zhang.

Para probar la hipótesis, el equipo de Zhang recurrió a un banco de datos sobre ratones “knockout”, que son ratones de laboratorio modificados para que carezcan de ciertos genes.

«Encontramos que se habían silenciado unos 5.200 genes en el ratón, y se estudiaron los resultados de esto», dijo Zhang, un profesor de ecología y biología de la evolución. “Observamos entre esos genes los que, cuando se suprimen, afectan solamente características morfológicas, no fisiológicas. Y obtuvimos unos 900 de estos genes, que llamamos morfogenes”.

Los investigadores también encontraron unos 900 “fisiogenes”, es decir, genes que afectan solamente características fisiológicas, y no morfológicas.

“A continuación comparamos los dos grupos de genes para determinar si hay diferencias en los roles moleculares de sus productos”, dijo Zhang. “Encontramos diferencias muy grandes”. Los morfogenes tienen más probabilidades de ser portadores de instrucciones para la transcripción, el paso que determina si un gen se va a activar y cuánto de su producto debe hacerse. Los fisiogenes tienden a tener más probabilidades de ser los «planos» de construcción para las enzimas, receptores, transportadores y canales de ion (moléculas que controlan el flujo de iones a través de las membranas de la célula).

El paso siguiente fue el examen de los patrones de evolución en los dos grupos de genes.

En un artículo clásico publicado en 1975 los biólogos de la evolución Mary Claire King y Allan Wilson argumentaron que la evolución, tanto de la morfología como de las “formas de vida” (esto es la fisiología y el comportamiento), ocurrían mediante cambios en las formas en que se activan o desactivan los genes más que mediante cambios directos en los productos mismos de los genes. En el lenguaje de los geneticistas, estas características se moldean a lo largo del tiempo mediante cambios en la expresión de los genes, y no por cambios en la secuencia proteínica.

King y Willson sustentaron su afirmación con el ejemplo de los chimpancés y los humanos, que tienen similitudes notables en el nivel de secuencia de proteínas, pero tienen apariencias y comportamientos muy diferentes. 30 años más tarde, Carroll hizo honor a aquel artículo, pero sugirió en cambio que los cambios fisiológicos se deben a cambios en la secuencia proteínica, en tanto que los cambios morfológicos resultan de cambios en la expresión del gen.

Con su nuevo análisis, Zhang y sus colegas encontraron que, a nivel de secuencia proteínica, los fisiogenes evolucionaron mucho más rápido que los morfogenes. “Esto es coherente con la idea de que los cambios fisiológicos tienden a ser resultado de cambios en la secuencia proteínica”, dijo Zhang.

A continuación, los investigadores examinaron los datos de expresión de los genes, para ver cuán parecido, o cuán diferente se activan o desactivan los genes en tejidos idénticos de especies diferentes, como en el hígado de los ratones y de los humanos. Diferencias más grandes indican un cambio evolucionario más rápido.

“Encontramos más diferencias en los morfogenes que en los fisiogenes”, señaló Zhang. “En otras palabras los morfogenes evolucionan más rápido con respecto a los patrones de expresión que los fisiogenes. Este descubrimiento susenta la idea de que los cambios morfológicas resultan principalmengte de los cambios en la expresión de los genes”.

El descubrimiento de que la morfología y la fisiología son resultado de diferentes procesos evolutivos genéticos no sólo puede ayudar en futuros estudios evoluticos sino que también pueden beneficiar el estudio de las enfermedades humanas, dijo Zhang.

“Nuestro análisis de los datos del ratón ‘knocked’ indica que los defectos morfólogicos se deben, más probablemente, a problemas en la expresión de los genes. Este conocimiento podría ayudar a identificar más rápido las mutaciones que causan enfermedades, porque acota el conjunto de genes y mutaciones candidatos en los que se debe buscar”.

Los coautores de Zhang, Liao y Weng, trabajan en los Institutos Nacionales de Investigación de la Salud en Taiwán. Los fondos provinieron de los Insitutos Nacionales de Salud de Estados Unidos, y los Institutos Nacionales de Investigación de la Salud de Taiwán.

Fuente: Universidad de Michigan. Aportado por Eduardo J. Carletti

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