Un estudio del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha revelado el origen de las diferencias entre el dorso y la palma de las extremidades en los vertebrados, a través de la identificación del gen Lmx1b en peces. Publicado en Current Biology, este trabajo demuestra que el mecanismo genético que define la parte dorsal ya existía hace más de 400 millones de años, antes de que los vertebrados se adaptaran a la vida terrestre. La investigación también destaca cómo ciertas lochas de torrente han desarrollado morfologías similares a las aletas "doble ventrales" en respuesta a su entorno. Además, se relaciona con enfermedades como el síndrome de uña-rótula, donde se alteran características dorsales por mutaciones en LMX1B.
Un estudio liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha hecho un avance significativo en la comprensión de la evolución de las extremidades de los vertebrados. Publicado en Current Biology, este trabajo identifica un mecanismo genético ancestral que define lo que se considera la parte dorsal de las aletas en los peces, revelando que este sistema ya existía mucho antes de que los vertebrados hicieran su transición a la tierra, hace más de 400 millones de años.
La investigadora del CSIC, Marian Ros, quien forma parte del Instituto de Biomedicina y Biotecnología de Cantabria (IBBTEC-CSIC-UNICAN), explica: “La distinción entre el dorso y la palma en nuestras manos es algo que parece natural. Sin embargo, esta diferencia no solo tiene una función estética; es crucial para el correcto funcionamiento de nuestras extremidades y permite realizar acciones cotidianas como doblar los dedos o agarrar objetos.” A pesar de esta importancia, hasta ahora se desconocía cuándo y cómo surgió esta asimetría durante la evolución y si estaba presente en las aletas de los peces, antecesores directos de las extremidades vertebradas.
El análisis realizado demuestra que el gen Lmx1b, reconocido por su papel como determinante dorsal en especies como ratones, pollos y humanos, cumple una función equivalente en las aletas pectorales del pez cebra (Danio rerio). La investigación mostró que al eliminar este gen utilizando la técnica CRISPR-Cas9, la parte superior de las aletas desarrolló estructuras típicas de la parte inferior. Este fenómeno fue denominado apéndice 'doble ventral', lo que sería comparable a tener una mano con dos palmas, según explica Ros.
No obstante, el estudio va más allá del simple descubrimiento del gen. Los genes requieren instrucciones sobre cuándo y dónde activarse. El equipo identificó un conjunto específico de secuencias reguladoras del ADN (LARM) que actúan como interruptores para Lmx1b en la zona dorsal de las extremidades. Estos interruptores han permanecido funcionalmente equivalentes desde tiburones hasta peces óseos y todos los vertebrados terrestres, incluidos ratones y humanos, lo que indica que han estado operando sin cambios significativos durante al menos 450 millones de años desde el ancestro común de todos los vertebrados con mandíbula.
El estudio también revela que las aletas ancestrales, de donde derivan nuestras extremidades (las aletas pares como las pectorales y pélvicas), reutilizaron mecanismos genéticos originalmente diseñados para formar las aletas mediales. Sin embargo, la regulación por parte del LARM es exclusiva para las aletas pares y no afecta a las mediales.
Esto sugiere que el “interruptor” LARM representa una innovación evolutiva específica asociada al origen de los miembros pares en vertebrados con mandíbula, quienes posteriormente evolucionaron hacia extremidades adaptadas para vivir en tierra.
Un hallazgo particularmente interesante del estudio involucra a ciertos peces conocidos como lochas de torrente o lochas mariposa. Estos peces han desarrollado naturalmente unas aletas pectorales adaptadas para aferrarse a rocas en ríos con corrientes fuertes. Las morfologías observadas imitan aquellas generadas artificialmente en laboratorio mediante modificaciones del gen Lmx1b.
Al analizar su ADN, el equipo descubrió cambios específicos y acelerados en las secuencias LARM dentro del genoma de estos peces. Esto demuestra cómo la evolución natural ha modificado el mismo interruptor genético estudiado por los científicos, reflejándose directamente en la morfología única de sus aletas. Este caso representa el primer ejemplo documentado de variación adaptativa relacionada con el eje dorso-ventral en las extremidades vertebradas.
Aparte de esclarecer aspectos fundamentales sobre la anatomía vertebrada, este estudio proporciona información valiosa sobre enfermedades como el síndrome de uña-rótula. Esta condición se relaciona con alteraciones en el gen LMX1B o sus interruptores LARM, resultando en la pérdida características dorsales esenciales como uñas y rótulas.
Este trabajo es fruto de una colaboración científica internacional amplia. Está codirigido por la Dra. Marian A. Ros (IBBTEC-CSIC y Universidad de Cantabria), el Dr. Juan J. Tena (Centro Andaluz de Biología del Desarrollo - CSIC y Universidad Pablo de Olavide) y el Dr. Matthew P. Harris (Hospital Infantil de Boston/Universidad Harvard). Los primeros autores son el Dr. M. Brent Hawkins (Universidad Harvard) y la Dra. Sofía Zdral (Universidad Cantabria). También participaron investigadores provenientes de diversas instituciones académicas internacionales.
La investigación recibió financiación por parte del National Institutes of Health (NIH), National Science Foundation (NSF), Agencia Científica Eslovaca, Ministerio español de Ciencia e Innovación y Universidad Cantabria, entre otros apoyos institucionales.
El estudio tiene como objetivo entender cómo evolucionaron las extremidades de los vertebrados, identificando el mecanismo genético ancestral que determina la parte dorsal en las aletas de los peces.
El gen identificado es Lmx1b, que cumple una función similar en las aletas pectorales del pez cebra y en las extremidades de otros vertebrados como ratones y humanos.
Cuando se elimina el gen Lmx1b, la parte superior de las aletas desarrolla estructuras que normalmente aparecen en la parte inferior, resultando en un apéndice de 'doble ventral'.
Las secuencias reguladoras del ADN (LARM) son instrucciones que indican cuándo y dónde debe activarse el gen Lmx1b, y están presentes desde tiburones hasta todos los vertebrados terrestres.
El estudio ayuda a comprender enfermedades como el síndrome de uña-rótula, donde hay alteraciones en el gen LMX1B o los interruptores LARM, lo que provoca pérdida de características dorsales en las extremidades.
Se encontró que ciertos peces conocidos como lochas de torrente han desarrollado aletas pectorales con morfologías similares a las aletas 'doble ventrales' mediante cambios específicos en sus secuencias LARM.
El estudio fue codirigido por la Dra. Marian A. Ros, el Dr. Juan J. Tena y el Dr. Matthew P. Harris, junto con un equipo internacional de investigadores.