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¿Cómo obtuvieron sus alas los insectos?: los científicos (¡por fin!) cuentan la historia

Parhyale hawaiensis, que se muestra aquí comiendo, ha secuenciado su genoma y es el crustáceo más manejable genéticamente para la investigación biológica.

Evolucionaron a partir de una excrecencia o "lóbulo" en las patas de un crustáceo ancestral

Suena como una "Historia sabida", "Cómo consiguieron sus alas los insectos", pero en realidad es un misterio que ha desconcertado a los biólogos durante más de un siglo. En los últimos años han surgido intrigantes y competitivas teorías sobre la evolución de las alas de los insectos, pero ninguna fue del todo satisfactoria.

Finalmente, un equipo del Laboratorio de Biología Marina (MBL), Woods Hole, resolvió la controversia utilizando pistas de artículos científicos de hace mucho tiempo, así como enfoques genómicos de última generación. El estudio fue realizado por la investigadora asociada del MBL, Heather Bruce y el director del MBL, Nipam Patel.

Origen del ala en los insectos Origen del ala en los insectos

Las alas de los insectos, confirmó el equipo, evolucionaron a partir de una excrecencia o "lóbulo" en las patas de un crustáceo ancestral (sí, crustáceo). Después de que este animal marino hubo hecho la transición a la tierra hace unos 300 millones de años, los segmentos de las patas más cercanos a su cuerpo se incorporaron a la pared del cuerpo durante el desarrollo embrionario, quizás para soportar mejor su peso en la tierra. "Los lóbulos de las patas se movieron luego hacia la espalda del insecto y luego formaron las alas", dice Bruce.

Una de las razones por las que tomó un siglo resolver esto, dice Bruce, es que no se apreció hasta alrededor de 2010 que los insectos están más estrechamente relacionados con los crustáceos dentro del filo de los artrópodos, como lo revelan las similitudes genéticas.

segmentos similares en pata de crustáceos e insectos

Imagen: Los insectos incorporaron dos segmentos de patas de crustáceos ancestrales (etiquetados con 7 en rojo y 8 en rosa) en la pared del cuerpo. El lóbulo del segmento 8 de la pata más tarde formó el ala en los insectos, mientras que esta estructura correspondiente en los crustáceos forma la placa tergal. Crédito: Heather Bruce

"Antes de eso, según la morfología, todos habían clasificado a los insectos en el grupo de los miriápodos, junto con los milpiés y los ciempiés", dice Bruce. "Y si busca en miriápodos de dónde vienen las alas de los insectos, no encontrarás nada", dice. "De modo que se llegó a pensar en las alas de los insectos como estructuras 'novedosas' que surgieron en los insectos y no tenían la estructura correspondiente en algún antepasado, porque los investigadores estaban buscando en el lugar equivocado al antepasado del insecto".

"La gente se emociona mucho con la idea de que algo como las alas de los insectos puede haber sido una innovación novedosa de la evolución", dice Patel. "Pero una de las historias que está surgiendo de las comparaciones genómicas es que nada es nuevo; todo vino de alguna parte. Y, de hecho, puedes averiguar de dónde".

Bruce captó el olor de su descubrimiento ahora informado mientras comparaba las instrucciones genéticas de las patas segmentadas de un crustáceo, el pequeño saltador de playa Parhyale hawaiensis, y las patas segmentadas de insectos, incluida la mosca de la fruta Drosophila y el escarabajo Tribolium. Usando la edición de genes CRISPR-Cas9, deshabilitó sistemáticamente cinco genes de patrones de patas compartidos en Parhyale y en insectos, y descubrió que esos genes correspondían a los seis segmentos de patas que están más alejados de la pared del cuerpo.

embriones de Parhyale hawaiensis

Imagen: Inyección de solución CRISPR en embriones de crustáceos (Parhyale hawaiensis). Crédito: Heather Bruce

Parhyale, sin embargo, tiene un segmento adicional de la séptima pata junto a la pared de su cuerpo. ¿De dónde vino ese segmento, se preguntó? "Así que comencé a investigar la literatura y encontré esta idea realmente antigua que se había propuesto en 1893, que los insectos habían incorporado su región proximal [más cercana al cuerpo] de la pata en la pared del cuerpo", dice.

"Pero todavía no tenía la parte del ala de la historia", dice ella. "Así que seguí leyendo y leyendo, y me encontré con esta teoría de la década de 1980 de que los insectos no solo incorporaron la región proximal de la pata en la pared del cuerpo, sino que los pequeños lóbulos de la pata luego se movieron hacia la espalda y formaron las alas. Pensé, guau, mis datos genómicos y embrionarios respaldan estas viejas teorías".

Hubiera sido imposible resolver este enigma de larga data sin las herramientas ahora disponibles para sondear los genomas de una miríada de organismos, incluido Parhyale, que el laboratorio de Patel ha desarrollado como el organismo de investigación más manejable genéticamente entre los crustáceos.

La investigación se publica esta semana en Nature Ecology & Evolution: Knockout of crustacean leg patterning genes suggests that insect wings and body walls evolved from ancient leg segments

Modificado por última vez enMiércoles, 02 Diciembre 2020 13:58