Científicos liderados por la Universidad Queen Mary de Londres han descubierto el mecanismo que probablemente explica cómo los embriones forman una larva o una versión en miniatura del adulto.
Durante más de 100 años, los biólogos se han preguntado por qué los animales presentan diferentes tipos de ciclos vitales. Algunas especies, como los humanos y la mayoría de los vertebrados, se desarrollan directamente en una versión completamente formada -aunque más pequeña- de un adulto. En cambio, muchos otros animales dan lugar a formas intermedias bellamente diversas que llamamos larvas, que luego se metamorfosean en adultos.
Sin embargo, los investigadores no sabían muy bien por qué existían las larvas ni cómo se originaban y, además, los estudios comparativos a gran escala que abordaban esta cuestión no habían utilizado antes técnicas modernas basadas en la secuenciación de la información genética de un animal -el genoma- y en averiguar cómo utiliza el organismo esta información mientras crece, hasta ahora.
En su trabajo, publicado en Nature, los invesigadores demuestran que el momento de activación de genes esenciales implicados en la embriogénesis -la transformación de un óvulo fecundado en un organismo- se correlaciona con la presencia o ausencia de una fase larvaria y con el hecho de que la larva se alimente de su entorno o dependa de los nutrientes que la madre depositó en el óvulo.
Francisco M. Martín-Zamora, doctorando de la QMUL y primer coautor del estudio, comenta que «es impresionante ver cómo la evolución ha dado forma a la manera en que los embriones animales ‘dicen la hora’ para activar grupos importantes de genes antes o después del desarrollo. Supongamos que una fase larvaria ya no es esencial para su supervivencia –prosigue–. En ese caso, podría ser evolutivamente ventajoso, por ejemplo, activar antes los genes para formar el tronco y desarrollarse directamente como adulto en su lugar».
Este nuevo estudio, que es una colaboración internacional de más de una docena de investigadores de Reino Unido, Japón, Alemania y Noruega, utilizó enfoques de última generación para descifrar la información genética, la actividad y la regulación en tres especies de gusanos invertebrados marinos llamados anélidos. Las combinaron con conjuntos de datos públicos de otras especies en un estudio a gran escala que incluía más de 600 conjuntos de datos de más de 60 especies separadas por más de 500 millones de años de evolución.
«Sólo combinando conjuntos de datos experimentales generados en el laboratorio y análisis computacionales sistemáticos pudimos desentrañar esta nueva biología por descubrir», explica el doctor Ferdinand Marlétaz, uno de los principales colaboradores del estudio del University College de Londres.
«Aunque las técnicas existían desde hacía algunos años, ningún equipo las había utilizado con este fin. Los conjuntos de datos que generamos y las metodologías que desarrollamos serán recursos tremendamente potentes para otros investigadores», añade el doctor Yan Liang, investigador postdoctoral de la QMUL y coprimer autor del trabajo.
El doctor Chema Martín-Durán, autor principal de esta investigación, apunta que «la biología del desarrollo se centra en gran medida en ratones, moscas y otras especies bien establecidas que conocemos como organismos modelo. Nuestro estudio demuestra que la fascinante biología de las especies no modelo, a menudo olvidadas, es fundamental para entender cómo funciona el desarrollo animal y cómo ha evolucionado», destaca.
Los genes que intervienen en la formación del tronco -la región del cuerpo que sigue a la cabeza y llega hasta la cola- son fundamentales. Algunas especies formarán larvas prácticamente sin tronco, lo que se conoce como «larvas cefálicas», y podrían haber estado presentes ya en el antepasado de todos los animales con cabeza y cola.
El desarrollo directo y la formación de un pequeño adulto directamente desde la embriogénesis habrían evolucionado más tarde en muchos grupos de animales, como nosotros y la mayoría de los vertebrados, ya que los genes para formar el tronco se activan antes en la embriogénesis y los rasgos larvarios se pierden progresivamente.
«Esperamos que otros investigadores del campo sigan estudiando el apasionante tema de la evolución de los ciclos vitales de los animales y aporten más pruebas de la hipótesis que planteamos», comenta el doctor Andreas Hejnol, catedrático de la Universidad Friedrich-Schiller de Jena (Alemania) y colaborador del equipo.
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