La forma y la función evolucionan de manera separada

Un nuevo estudio de científicos de la Universidad de Michigan y del Instituto Nacional de Investigación en Salud de Taiwan propone que la evolución de la morfología y la fisiología están controlados por diferentes mecanismos.

The finding that form and function are shaped by different evolutionary genetic processes can not only aid in future evolutionary studies, but can also be helpful in the study of human disease, the study’s authors say.

Este hallazgo podría no sólo ayudar en futuros estudios evolutivos, si no también ser útil en el estudio de enfermedades humanas, de acuerdo con los autores.

El estudio aparece esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences.

En el estudio, el equipo de biólogos evolutivos utilizó una base de datos de ratones modificados genéticamente para comprobar una hipótesis propuesta por el biólogo molecular Sean Carroll en 2005. Carroll propuso que los cambios en la morfología (forma, color y estructura interna y externa) ocurre a través de mecanismos genéticos diferentes a los de la fisiología (funcionamiento interno). Carroll apoyó esta teoría con ejemplos, pero la idea, que contradecía un dogma anterior, fue controvertida.

“Estudiamos los efectos de alrededor de 5.200 genes modificados en ratones”, dijo Jianzhi Zhang, profesor de ecología y biología evolutiva. “Desde estos genes, buscamos genes que, introducidos en los ratones, afectasen exclusivamente a aspectos morfológicos y no fisiológicos. Tenemos alrededor de 900 genes de ese tipo, a los que llamamos morfogenes”.

Los investigadores también encontraron alrededor de 900 “fisiogenes” –genes que afectan a la fisiología y no a la morofología.

“Después, comparamos los dos grupos de genes para ver si había diferencias entre los roles moleculares de sus productos”, dijo Zhang. “Encontramos grandes diferencias”. Los morfogenes tienen muchas más posibilidades de llevar instrucciones de transcripción — el paso que determina si un gen ha de ser activado y cuántos genes deberían ser producidos. Los fisiogenes tienen más posibilidades de ser planos para encimas, receptores, transportes y canales de ión (moléculas que controlan el fujo de iones a través de las membranas de la célula).

En un artículo mítico publicado en 1975, los biólogos evolutivos Mary-Claire King y Allan Wilson discutieron que la evolución tanto de la morfología como de las “formas de vida” (fisiología y comportamiento) ocurrían a través de cambios en la forma en la que los genes se activan y desactivan, más que a través de cambios directos en los propios productos genéticos.

Chimpancé

Chimpancé. Wikipedia.

El parecer de estos genetistas es que esos parámetros se modificaban a través del tiempo debido a cambios en la expresión del gen, no en la secuencia de proteínas. King y Wilson apoyaron su teoría con el ejemplo de los chimpances y los humanos, que eran extraordinariamente similares a nivel secuencial de proteínas, pero bastante diferentes en comportamiento y apariencia. Fue este artículo el que intentó Carrol conmemorar 30 años más tarde, pero en vez de ello sugirió que los cambios psicológicos eran debidos a los cambios en la secuencia de proteínas, mientras que los cambios morfológicos se dieron como resultado de cambios en la expresión del gen.

Con estos nuevos análisis, los investigadores encontraron que, a nivel proteínico, los fisiogenes evolucionaron mucho más rápido que los morfogenes. “Esto es coherente con la idea de que los cambios psicológicos suelen ser causados por los cambios en la secuencia proteóinica”, dijo Zhang.

Tras esto, los investigadores examinaron los datos de los genes de expresión, observando el parecido o la diferencia en la activación y desactivación de los genes en tejidos idénticos de diferentes especies, como los hígados de ratones y humanos. Las grandes diferencias indican un cambio evolutivo rápido.

“Encontramos más diferencias en los morfogenes que en los fisiogenes”, dijo Zhang. “En otras palabras, los morfogenes evolucionan más rápido, con respecto a los patrones de expresión, que lo hacen los fisiogenes — un hallazgo que apoya la teoría de que los cambios morfológicos producen sobre todo cambios en la expresión génica”.

“Nuestro análisis de los datos obtenidos de los ratones modificados sugiere que es más probable que los defectos morfológicos sean debidos a los problemas con la expresión génica. Este conocimiento podría ayudar a identificar las causas de las enfermedades que producen mutaciones rápidamente, porque reduce el conjunto de genes candidatos  y mutaciones en las que se debería buscar”.

Este artículo ha sido traducido de Technology Review y publicado bajo licencia CC by-sa

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