Científicos españoles descifran el misterio de la evolución que nos separa de las larvas

Algunos animales sufren una transformación radical en sus vidas, como la oruga que se convierte en mariposa o el renacuajo que pasa a ser una rana. Ese cambio en su forma, llamado metamorfosis, es tan radical que aparentan ser dos especies distintas, pero en realidad es un solo individuo: primero es una larva y después adquiere su aspecto final. En cambio, otros nacen ya con su morfología casi definitiva, como adultos en pequeño que solo necesitan crecer, entre ellos, el ser humano. ¿Por qué la evolución ha dado lugar a estas dos vías de desarrollo?

Los biólogos debaten esta cuestión desde hace más de un siglo, con todas sus implicaciones. Por ejemplo, es un misterio si el desarrollo indirecto, en forma de larva, es más ancestral que el desarrollo directo o si, por el contrario, surgió como una adaptación. Tampoco se sabe qué mecanismo hace que los embriones se decanten por ser una larva o por adquirir la forma adulta. Ahora, una investigación de la Queen Mary University of London publicada en Nature y liderada por científicos españoles aclara esta cuestión. ¿Qué han encontrado exactamente y qué implicaciones tiene?

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El trabajo muestra que la clave está en una serie de genes que controlan la formación de la cabeza y del tronco durante la embriogénesis. De alguna manera, los embriones perciben el tiempo y deciden cuándo se ponen en marcha los distintos procesos. Lo primero que se desarrolla es la cabeza, mientras que el tronco se puede retrasar, generando una larva, o se puede desarrollar a la vez, dando lugar a un cuerpo adulto. Esa activación más tardía o más temprana depende de solo unos pocos genes, pero es determinante. La mayoría de los animales vertebrados, incluyendo el ser humano, habrían perdido características larvales para activar más temprano la formación del tronco.

En el caso del desarrollo indirecto, “hay genes que solo se expresan después de la fase de larva y que participan en la maduración y el desarrollo del cuerpo adulto”, explica en declaraciones a Teknautas Francisco Manuel Martín Zamora, un joven investigador predoctoral madrileño que con solo 24 años firma el estudio como primer coautor. Sin embargo, es probable que a lo largo de la evolución esos genes hayan cambiado el momento en el que se expresan, adelantándolo y generando un desarrollo directo en los animales que no son larvas. “Como están asociados a la formación del tronco, que es una característica del adulto, te saltas esa etapa larvaria y pasas a ser directamente un adulto en miniatura”, añade.

Esta investigación encuentra indicios de que el desarrollo en dos ciclos de vida distintos, primero como larva y luego como adulto, puede ser más ancestral que el desarrollo directo. Parece que a lo largo de la evolución llegó un momento en el que pasar por el estado de larva no era esencial para la supervivencia y “muchos animales nos saltamos ese paso, incluidos los humanos”. Sin embargo, los autores reconocen que sigue siendo un tema controvertido. “No tenemos suficiente evidencia”, explican, ya que es posible que los dos tipos de soluciones se desarrollasen de forma paralela.

¿Qué ventaja evolutiva tiene cada uno de los modelos? “Los animales que pasan por el estadio de larva se benefician de la dispersión”, afirma Chema Martín Durán, investigador principal de este trabajo. “Si vives en una playa, las corrientes marinas ayudarán a que te expandas”, añade. Al contrario, dejar de tener una fase larvaria ayudaría a “adaptarse a un determinado tipo de ambiente más específico”, lo que también puede explicar el éxito evolutivo de algunas especies. Además, existen “estadios intermedios, cuando la larva sufre la metamorfosis directamente dentro de un huevo” y se queda en el mismo sitio.

En definitiva, todo depende del nicho ecológico que ocupen los animales. Cuando cambia, puede haber una presión evolutiva para que los ciclos de vida de las especies también se modifiquen. Por ejemplo, si pensamos en los anfibios, que pasan por una fase de larva, se han adaptado a la vida terrestre, “pero dependen del agua para reproducirse y eso puede ser una desventaja”. Es posible que la evolución lleve a algunas de estas especies a prescindir de ese desarrollo indirecto que se produce en el agua.

Precisamente, desde nuestra perspectiva humana como habitantes de la tierra firme podemos pensar que la inmensa mayoría de los animales han pasado al desarrollo directo, a nacer ya como pequeños adultos. “El ejemplo típico de larva que tenemos en la cabeza es el de la oruga que pasa a ser mariposa”, apunta el experto. Sin embargo, la mayor parte de los animales marinos también tienen fase larvaria, moluscos, crustáceos e incontables especies microscópicas que forman parte del zooplancton.

Cómo lo han hecho

De hecho, para llevar a cabo su investigación, estos científicos españoles han optado por especies poco habituales. En primer lugar, secuenciaron el genoma de un gusano marino y compararon los resultados con otras especies que también pertenecen a la familia de los anélidos, tanto de desarrollo directo como indirecto, analizando todos los datos de expresión génica, incluyendo el epigenoma y el transcriptoma (ARN). El objetivo era “entender las dinámicas temporales del desarrollo embrionario, qué genes se expresan antes y después en cada caso”, comenta Francisco Manuel Martín Zamora.

Generalmente, este tipo de estudios de biología evolutiva se centran en otros modelos animales mucho más habituales y consolidados en los laboratorios, como las moscas y los ratones. Sin embargo, en este trabajo "queríamos salirnos de las especies típicas en las que se fija todo el mundo, acercarnos más a la diversidad del planeta a través de otros animales que no se suelen analizar, porque las especies más comunes, en realidad, solo nos aportan una parte de la historia", reflexiona Chema Martín Durán.

En la investigación que sale ahora a la luz han sido fundamentales los análisis computacionales, especialmente para obtener resultados comparando los resultados obtenidos por estos científicos con la información de otras bases de datos públicas sobre especies que pueden estar separadas hasta por 500 millones de años de evolución. “Nuestro trabajo es un ejemplo de cómo la biología está cambiando, pasamos el 70% de nuestro tiempo en el ordenador, utilizando recursos computacionales”, afirman los autores.

Repercusiones

¿Qué repercusiones va a tener este artículo de Nature? Según los científicos españoles, desde un punto de vista conceptual, están aportando una perspectiva diferente a la hora de resolver algunas incógnitas sobre la evolución. Sin embargo, “desde un punto de vista más práctico, este trabajo sirve para entender mejor el desarrollo animal”, asegura Chema Martín Durán. En ese sentido, revela que “cambiar el tiempo de activación de ciertos genes puede tener un efecto muy grande en la morfología y en el desarrollo de las especies”.

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Este aspecto puede ser muy importante más allá de la biología del desarrollo, alcanzando incluso la biomedicina. Por ejemplo, en la actualidad está siendo muy importante el desarrollo de organoides, tejidos creados en el laboratorio cultivando células y que se utilizan como modelo de investigación con diversos fines. “Nosotros aportamos una visión distinta de algunos mecanismos que posiblemente ha usado la evolución durante millones de años”, destaca el experto. En ese sentido, su trabajo permite entender, por ejemplo, “que los animales somos modulares, que tenemos cabeza y tronco, y cambiar el tiempo de formación de estos grandes módulos puede generar grandes cambios morfológicos y de desarrollo”.

En la Queen Mary University of London los científicos españoles y el resto de sus colegas ya piensan en los próximos pasos que van a dar dentro de esta línea de investigación. “Tenemos que estudiar mejor el mecanismo que hemos descubierto, entender cómo el embrión experimenta el tiempo y cómo consigue controlar que los genes se expresen más pronto o más tarde”, explica. Además, consideran que los datos y la metodología que han generado pueden ser muy útiles para otros investigadores.