El pelo, las plumas y las escamas tienen el mismo origen

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El potencial vínculo evolutivo entre el pelo de los mamíferos, las plumas de las aves y las escamas de los reptiles ha sido tema de debate desde hace décadas. Quizás hasta hoy. Recientemente, investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE) y el Instituto Suizo de Bioinformática (SIB), en Suiza, han demostrado que todos estos “apéndices de la piel” son homólogos: comparten un ancestro común. Partiendo de la base de nuevos análisis durante el desarrollo embrionario, los biólogos suizos encontraron firmas moleculares y micro-anatómicas idénticas entre los pelos, las plumas y las escamas durante las primeras etapas del desarrollo. Estas nuevas observaciones, publicados en Science Advances, indican que las tres estructuras evolucionaron a partir de un ancestro común reptil. No hace mucho ya mostramos en ¡QFC! el origen de otra parte esencial en muchos seres vivos: las extremidades. Puedes leer aquí sobre “la evolución de las extremidades y los genes responsables del desarrollo de los brazos“.

Los pelos de los mamíferos y las plumas de las aves se desarrollaron a partir de una estructura primordial similar llamada “placoda”, que viene a ser un engrosamiento local de la epidermis creada con células columnares que reducen su tasa de proliferación y expresan genes muy específicos. Esta observación ha desconcertado a los biólogos evolutivos y del desarrollo durante muchos años ya que las aves y los mamíferos no son grupos hermanos; de hecho evolucionaron a partir de diferentes linajes de reptil. De acuerdo con estudios anteriores, las escamas de los reptiles, sin embargo, no se desarrollaron a partir de una placoda anatómica. Esto implicaría la “invención” de placodas por parte de aves y mamíferos de manera independiente a lo largo de su evolución.

“La gente estaba imaginando hipótesis muy complejas para explicar la ausencia de placodas en los reptiles”, dice el genetista de la Universidad de Ginebra en Suiza Michel Milinkovitch, cuyo laboratorio lideró el estudio.

Queda revelado el origen evolutivo único de las placodas

Piel de un lagarto pogona que muestra el bulto en desarrollo (flecha blanca de la primera imagen) 20 días tras la puesta del huevo. Estos bultos aumentan conforme crece el feto (la última imagen es 38 días tras la puesta del huevo). La flecha roja muestra el área de la piel estudiada. Imagen: N. Di-Poï y M.C. Milinkovitch/Science Advances 2016

En 2015, un equipo de la Universidad de Yale (EE.UU.) publicó un artículo que mostró cómo escamas, pelos y plumas comparten las mismas firmas moleculares durante su desarrollo. Estos resultados alimentaron un viejo debate entre dos escuelas. Una de ellas defiende que estas firmas moleculares sugieren un origen evolutivo común de los apéndices de la piel, mientras que la otra propone que esos mismos genes son reutilizados para el desarrollo de otros apéndices de la piel.

Ahora, Nicolas Di-Poï y Michel C. Milinkovitch del Departamento de Genética y Evolución de la Facultad de Ciencia UNIGE en el SIB zanjan esta larga controversia con la demostración de que las escamas en los reptiles se desarrollan a partir de una placoda que contiene todas las firmas anatómicas y moleculares que las de las aves y los mamíferos. Ambos científicos observaron y analizaron con gran detalle las características morfológicas y moleculares de la piel durante el desarrollo embrionario en cocodrilos, serpientes y lagartos. “Nuestro estudio no sólo proporciona nuevos datos moleculares que complementan el trabajo del equipo de Estados Unidos, sino que también revela hechos microanatómicos clave”, explica Michel Milinkovitch. “De hecho, hemos identificado en los reptiles nuevas firmas moleculares que son idénticas a las observadas durante el desarrollo de pelos y plumas, así como la presencia de la misma placoda anatómica presente en mamíferos y aves. Esto indica que los tres tipos de apéndices de la piel son homólogos: las escamas de los reptiles, las plumas de las aves y el pelo de los mamíferos, a pesar de sus muy diferentes formas finales, evolucionaron a partir de las escalas de su ancestro común reptil”.

Este estudio “aborda una cuestión fundamental acerca de la identidad de las estructuras de la piel”, apunta el paleontólogo Marcelo Sánchez, de la Universidad de Zurich, que no participó en la nueva investigación. “Es especialmente importante que el equipo utilizara cocodrilos, lagartos y serpientes, que están lejos de ser los animales típicos de laboratorio”, dice. El uso de organismos tan poco tradicionales “da una nueva visión de la evolución que no se puede conseguir de otra manera”.

Un gen clave para el desarrollo de los apéndices de la piel

Durante su estudio, los investigadores de UNIGE y SIB también investigaron el dragón barbudo, una especie de lagarto que se presenta en tres variantes. La primera es la forma de tipo salvaje normal. El segundo tiene escalas de tamaño reducido porque lleva una copia de una mutación genética natural. La tercera tiene dos copias de dicha mutación… y carece de todas las escamas. Al comparar el genoma de estas tres variantes, Di-Poï y Milinkovitch han descubierto el gen afectado por esta mutación. “Identificamos que el aspecto peculiar de estos lagartos desnudos se debe a la interrupción de la ectodisplasina-A (EDA), un gen cuyas mutaciones en los seres humanos y los ratones se conoce que generan alteraciones sustanciales en el desarrollo de los dientes, las glándulas, las uñas y el cabello”, dice Michel Milinkovitch. Los investigadores suizos han demostrado que, cuando la EDA no funciona correctamente en los lagartos, no logran desarrollar una placoda adecuada para producir escamas, exactamente al igual que los mamíferos o las aves afectadas con mutaciones similares del mismo gen no pueden desarrollar placodas adecuadas para el crecimiento de pelos o plumas. Todos estos datos indican de manera coherente la existencia de un ancestro común entre las escamas, las plumas y los pelos.

El siguiente paso es entender cómo pelos, plumas y escamas se diversificaron de la misma estructura ancestral. Esa cobertura corporal primordial no era necesariamente una escama, dice el biólogo evolutivo Günter Wagner, uno de los autores del estudio de 2015 de Yale. “A pesar de que intuitivamente se podría pensar que la piel de reptil es ancestral, en comparación con los mamíferos”, dice que “no es en absoluto claro a partir de qué tipo de estructura evolucionaron las escamas y las plumas por un lado, y el pelo por el otro”.

El próximo desafío para el equipo suizo, y muchos otros investigadores de todo el mundo, es descifrar el mecanismo que explica la diversidad de formas de estos “apéndices de la piel”. ¿Cómo dio lugar la piel escamosa ancestral a morfologías tan diferentes como son las escamas, las plumas y los pelos, así como la sorprendente variedad de formas que pueden tomar estos apéndices? Estos estudios futuros se espera que mejoren nuestra comprensión de los mecanismos físicos y moleculares que generan la complejidad y la diversidad de la vida durante la evolución.

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2017-02-13T19:53:22+00:00