¿Forma o función? La evolución toma sendas diferentes

5 Abril, 2010

en inglés

ANN ARBOR, Michigan.—Los biólogos han sabido por mucho tiempo que tanto la apariencia de los organismos como sus funcionamientos internos 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 divulgará por la versión de Internet de Proceedings of the National Academy of Sciences en la semana del 5 de abril.

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 en 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 controvertida, dijo Zhang.

Para probar la hipótesis el equipo de Zhang recurrió a un banco de datos sobre ratones “noqueados”, esto es ratones de laboratorio modificados para que carezcan de genes particulares.

“Encontramos que se habían noqueado unos 5.200 genes en el ratón y que se habían estudiado los resultados”, dijo Zhang, un profesor de ecología y biología de evolución. “Entre esos genes observamos 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 papeles 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 ha de activase y cuánto de su producto debe hacerse. Los fisiogenes tienden a tener más probabilidades de ser borradores para enzimas, receptores, transportadores y canales de ion, las 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 de los dos grupos de genes.

En un artículo clásico publicado en 1975 los biólogos de 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 moldearon a lo largo del tiempo mediante cambios en la expresión de los genes 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. Carroll conmemoró aquel artículo 30 años más tarde, pero él sugirió en cambio que los cambios fisiológicos se deben a cambios en la secuencia de proteína, en tanto que los cambios morfológicos resultan de cambios en la expresión del gen.

Con su nuevo análisis Zhang y sus colegas encontraron que, al 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.

Luego los investigadores examinaron los datos de expresión de gen para ver con cuánta similitud o cuánta diferencia se activan o desactivan los genes en tejidos idénticos de especies diferentes, tales como los hígados de ratone y de humanos. Las 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, un descubrimiento que 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 evolucionarios genéticos no solo puede ayudar en futuros estudios de la evolución sino que también pueden beneficiar el estudio de las enfermedades humanas, dijo Zhang.

“Nuestro análisis de los datos del ratón ‘noqueado’ indica que los defectos morfólogicos se deben, con más probabilidades, a problemas en la expresión de genes. Este conocimiento podría ayudar a identificar más rápidamente las mutaciones que causan enfermedades porque disminuye el conjunto de genes candidatos y de mutaciones que uno necesita analizar”.

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.

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