¿Qué hay de nuevo bajo el sol? Los investigadores ofrecen una visión alternativa de cómo evolucionan las ‘nuevas’ estructuras.

Muchos crustáceos, incluidos los cangrejos, los cangrejos y los bizcochos, tienen un caparazón que sobresale de la cabeza y puede desempeñar varias funciones, como una pequeña cueva para almacenar huevos o un escudo protector para mantener las branquias húmedas.

Se ha sugerido que este caparazón (escudo) no se desarrolló a partir de ninguna estructura similar en el ancestro crustáceo, sino que apareció de novo (o de azul) por una cooptación un tanto aleatoria de genes que también determinan alas de insectos.

Sin embargo, en un nuevo estudio del Laboratorio de Biología Marina (MBL), la investigadora asociada Heather Bruce y el director Nipam Patel proporcionan evidencia de una visión alternativa: el escudo, junto con otras estructuras en forma de placa en los artrópodos (crustáceos, insectos, arañas y miriápodos) Todos desarrollados a partir del lóbulo lateral de la pierna en un ancestro común.

Esta evidencia respalda su propuesta de un nuevo concepto de cómo deberían evolucionar las nuevas estructuras, uno que indica que no son nuevas en absoluto. El estudio, sobre el escudo de crustáceos Daphnia, aparece en línea en biología actual.

«Cómo surgen nuevas estructuras es un tema central en la evolución», dice Bruce. «La idea predominante, llamada cooptación genética, es que los genes que actúan en un contexto, para transmitir las alas de los insectos, terminan en un contexto no relacionado, por ejemplo, haciendo una armadura», dice Bruce. «Pero aquí mostramos que la armadura de Daphnia no salió de la nada».

En cambio, sugieren un lóbulo ancestral que se asemeja a una placa de tallo que evolucionó en ambos ala Es probable que el escudo estuviera presente en los ancestros de todos los artrópodos vivos. Pero dado que el ala y el escudo se veían tan diferentes de esta placa ancestral y de otras placas en subespecies de artrópodos vecinas, nadie se dio cuenta de que eran bastante similares.

«Estamos empezando a darnos cuenta de que las estructuras que no se parecen (alas, escudos, tableros para desmontar) son en realidad monolíticas», dice Bruce. «Sugiere que su origen es mucho más antiguo de lo que cualquiera hubiera pensado, remontándose al período Cámbrico, [500 million] hace años que.»

He estado allí todo el tiempo (continuación difusa)

Los artrópodos ancestrales tenían múltiples placas en cada pata en cada parte del cuerpo, similar al crustáceo vivo Parhyale. Los artrópodos posteriores suprimieron la mayoría de estos, pero cualquier placa en cualquier parte del cuerpo puede descomprimirse para formar lo que parecen ser nuevas estructuras. La armadura de Daphnia evolucionó al quitar el embudo y detallar la placa azul de la cabeza y el ala de insecto evolucionó al quitar el embudo y detallar el tórax rosado. crédito: Bruce y Patel, biología actual2022

Bruce llama a su modelo de cómo aparecen las nuevas arquitecturas «la persistencia oculta de las simetrías secuenciales».

“Los homólogos seriales son cosas como manos y pies, o nuestras vértebras vertebrales, o las muchas piernas que se repiten debajo del cuerpo de un ciempiés”, dice ella. «Los [repeats] Pueden verse muy diferentes, pero puedes ver las similitudes, y todos están construidos usando las mismas vías genéticas primarias. En algunos casos, toda la estructura no crece; es posible que te corten un tallo, o es muy fino y sutil. Si bien las células están programadas para formar el tallo, en realidad no crecen fuera del tallo».

En opinión de Bruce, estos elementos básicos inactivos (patas, placas, etc.) podrían persistir durante millones de años, siempre que exista otra iteración de la estructura en otra parte del animal. Y cuando sea el momento adecuado, la estructura puede volver a crecer y tomar diferentes formas en diferentes especies: un ala en un insecto, por ejemplo, o un escudo en un crustáceo.

«Si ya no se necesitara una estructura ancestral, la naturaleza probablemente simplemente truncaría o reduciría ese tejido en lugar de eliminarlo por completo. Pero el tejido todavía está allí y puede desarrollarse nuevamente en linajes posteriores, y nos parece nuevo». Bruce dice. .

“Este tipo de truncamiento es probablemente común en ha evolucionado Bruce explica porque las redes genéticas están altamente interconectadas. «Si se elimina una vía genética o un tejido, otra vía o tejido se verá afectado».

«Creo que la persistencia sutil podría ser una explicación para muchas de las ‘nuevas’ estructuras», dice Bruce.

Los autores sacaron sus conclusiones analizando los patrones de expresión génica en varias especies de artrópodos y descartando otras hipótesis sobre cómo evolucionó el escudo.

«el viejo, origen común De todas estas estructuras en forma de placa [in arthropods] Indica que las redes de genes que diseñan estas estructuras están altamente evolucionadas y son plásticas. «Son capaces de generar una enorme cantidad de diversidad», dice Bruce.