Desvelan el origen evolutivo de las extremidades de los vertebrados

Un estudio internacional liderado por investigadores del Centro Andaluz de Biología al Desarrollo (centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Pablo de Olavide) ha identificado el origen evolutivo de las extremidades de los vertebrados: la aleta dorsal de los peces. Se cree que este evento evolutivo clave sucedió hace aproximadamente 400 millones de años. El hallazgo, que se publica en la revista Nature Genetics, se ha logrado mediante evidencias moleculares y genéticas.

Arriba, ejemplar silvestre con aleta dorsal y aleta pectoral y, abajo, un ejemplar mutante sin ellas. / CSIC

El estudio tanto del registro fósil como de especies no extintas con características primitivas, como los celacantos y las rayas, que son los peces más antiguos, ya habían demostrado que las extremidades se desarrollaron a partir de modificaciones de las aletas pares (pectorales y pélvicas) de los peces, de los que desciende el ser humano. Así, los brazos y las manos evolucionaron a partir de las aletas pectorales mientras que las piernas y los pies lo hicieron de las aletas pélvicas. Sin embargo, hasta ahora se desconocía el origen evolutivo de estas estructuras.

José Luis Gómez-Skarmeta, uno de los directores del trabajo e investigador del CSIC en el Centro Andaluz de Biología del Desarrollo apunta: “Mediante ensayos funcionales en peces y ratones y a través de la técnica CRISPR, hemos demostrado la conservación evolutiva de la función del gen Sonic hedgehog (Shh) en las extremidades de todos los vertebrados”. Asimismo, los científicos han hallado el papel fundamental de una parte del ADN, el elemento regulador ZRS, tanto en la formación de las aletas pares como en el desarrollo de la aleta dorsal.

“Hemos demostrado que este elemento es esencial no sólo para la formación de las aletas pares de los peces sino, sorprendentemente, para la formación de las aletas dorsales. Esto indica que el conjunto de genes necesarios para construir una aleta pectoral y una dorsal son los mismos y, por tanto, tienen un origen evolutivo común”, explica Juan Ramón Martínez Morales, el otro director del trabajo y científico del CSIC en el mismo instituto.

El estudio ha revelado que en peces, a diferencia de lo que ocurre en ratones, la eliminación del elemento ZRS no afecta de una forma drástica al desarrollo de las extremidades pares. “Así descubrimos la existencia de otro elemento regulador de Shh desconocido hasta ahora, pero conservado en humanos, y que también activa la expresión de Shh en las extremidades. Comprobamos que al eliminar ambos elementos reguladores de Shh mediante la técnica CRISPR desaparecen las aletas pectorales y pélvicas, además de la aleta dorsal”, añade Joaquín Letelier, primer autor del trabajo y también científico del CSIC en el Centro Andaluz de Biología del Desarrollo.

Este hallazgo abre nuevas vías de investigación en biomedicina, ya que mutaciones en el gen Shh causan polidactilia, un trastorno genético por el que un vertebrado nace con más dedos en la mano o en el pie de los que le corresponden. Estas mutaciones, podrían ser también la causa de otras malformaciones congénitas en las extremidades.

Referencia bibliográfica:

Joaquín Letelier, Elisa de la Calle-Mustienes, Joyce Pieretti, Silvia Naranjo, Ignacio Maeso, Tetsuya Nakamura, Juan Pascual-Anaya, Neil Shubin, Igor Schneider, Juan Ramón Martinez Morales y José Luis Gómez-Skarmeta. cis-regulatory logic of Shh expression reveals common history of unpaired and paired fins. Nature Genetics. DOI: 10.1038/s41588-018-0080-5