Científicos de la Universidad de Harvard han diseñado peces cebra que muestran la formación inicial de apéndices con forma de extremidades tras el cambio de un solo gen. Según los autores del estudio, publicado en la revista «Cell», la mutación marca un paso fundamental en nuestra comprensión de la evolución de las aletas a extremidades similares a las nuestras y muestra cómo cambios genéticos sorprendentemente simples pueden crear grandes avances en el desarrollo de estructuras complejas. De igual forma, los resultados pueden arrojar luz sobre la transición de mar a tierra de los vertebrados.
«Fue increíble que una sola mutación pudiera crear huesos y articulaciones completamente nuevos», afirma M. Brent Hawkins, primer autor del estudio. «En las 30.000 especies de peces teleósteos, ninguna tiene este tipo de variación, por lo que el hecho de que encontremos un mutante como este realmente nos dejó sin aliento», reconoce. Los teleósteos forman un linaje diverso que incluyen peces de colores, salmón, anguilas, platija, pez payaso, pez globo, bagre y pez cebra. Hay más especies de teleósteos que todas las de aves, mamíferos, reptiles y anfibios. Sin embargo, a pesar de la gran cantidad de especies y la amplia gama de formas, tamaños y hábitats, la aleta pectoral de los teleósteos es sorprendentemente simple y sin cambios.
La imagen muestra cómo el pez cebra mutante transforma sus extremidadesUn articulación similar al codo
La mutación que Hawkins y sus colegas descubrieron provoca un cambio en los huesos de la aleta pectoral del pez cebra llamados «radiales proximales», que se adhieren a la articulación del hombro del pez, de manera similar a como el brazo humano se adhiere a nuestro hombro. Pero a diferencia de los humanos y otros tetrápodos, el pez cebra no tiene una serie de estos elementos esqueléticos que se articulan en las articulaciones, como los componentes de nuestro brazo y dedos. Con esta mutación, se desarrolla un nuevo conjunto de huesos largos llamados «radiales intermedios» que son capaces de articularse con los radiales proximales existentes, formando una articulación similar a nuestro codo.
«En esta única mutación, obtienes el hueso nuevo, haces la articulación y haces las uniones musculares de una sola vez», dice el autor principal Matthew Harris profesor asociado de Genética en la Escuela de Medicina y Ortopedia de Harvard. «No era necesario tener una mutación en el gen del músculo, en el gen de la articulación y en el gen de los huesos; el sistema está coordinado de tal manera que cualquiera que sea nuestro cambio, es capaz de unir todas estas cosas al unísono», señala.
El análisis genético reveló que las mutaciones en cualquiera de los dos genes, vav2 y waslb, pueden causar independientemente este cambio en el desarrollo. Ninguno de los genes se ha relacionado previamente con el desarrollo esquelético, pero el análisis reveló que ambos activan programas Hox que modelan la región media de la extremidad. «Con estos peces cebra, somos capaces de demostrar que estas mutaciones activan programas que se cree fundamentalmente que solo se encuentran en una extremidad», dice Harris. «Así que no solo tenemos el fenotipo de algo nunca antes visto en los peces teleósteos, sino que demostramos que podemos activar patrones ancestrales que se pensaba que estaban asociados solo con las extremidades», añade.
Se cree que las extremidades son una innovación evolutiva clave, que permite a los vertebrados caminar sobre la tierra y, en el caso de las aves y los murciélagos, volar. Lo que muestran estos resultados es que un grupo de peces que se pensaba habían perdido o silenciado la maquinaria necesaria para desarrollar apéndices en forma de extremidades en realidad retienen una latencia innata para formar estas estructuras. «Con nuestro trabajo, hemos encontrado similitudes inesperadas entre las aletas y las extremidades, y creo que hay aún más similitudes que aún no se han descubierto», dice Hawkins.
Moverse en tierra
A pesar de estos hallazgos, aún queda la duda de si estos nuevos huesos cambian la funcionalidad de las aletas pectorales del pez cebra. Los próximos pasos incorporarán microscopía de vídeo a escala fina para determinar si la articulación de estos nuevos huesos es suficiente para influir en cómo se mueven los peces. «Normalmente, las estructuras no están presentes para permitir la articulación necesaria para el movimiento en tierra», dice Harris. «Sería muy interesante ver, por ejemplo, saber qué ocurre si ponemos a nuestro mutante en una plataforma».
Con el descubrimiento de estos mutantes, los investigadores abren una nueva línea de preguntas sobre cómo los vertebrados dieron sus primeros pasos hacia el movimiento en tierra y sobre la mecánica genética y de desarrollo necesaria para que esto suceda. «Si bien no es toda la historia, lo que estamos viendo es una ventana al rompecabezas de cómo se pasa de una aleta a la extremidad moderna», asegura el investigador.
«Y para mí, me quedo con lo que estos mutantes pueden decirnos sobre el desarrollo y la capacidad de formar estructuras complejas. Es un gran recordatorio de que no todos los monstruos dan miedo. Si miras de cerca, a veces pueden decirte mucho sobre ti mismo», reflexiona.