Nuevas alas

Toda la biodiversidad que existe en nuestro planeta es producto de la evolución que actúa modificando características existentes en los seres vivos. Debido a esto, explicar la aparición de características complejas es uno de los problemas más difíciles en biología. En una investigación reciente, Prud’homme et al. (2011), demuestran que características morfológicas novedosas pueden surgir del potencial de desarrollo preexistente.

Los insectos de la familia Membracidae, son muy similares a las cícadas, pero destacan por la presencia de una cornamenta, una estructura compleja en la parte dorsal, que es bastante prominente y muy variada, cuyos colores y texturas imitan los de semillas, espinas e incluso hormigas. Esta estructura se encuentra sólo en los miembros de esta familia, que se originó hace 40 millones de años, y por mucho tiempo se ha asumido que es una proyección del protórax, pero el análisis anatómico demostró que se trata realmente de una extremidad.

Todos los insectos se caracterizan por tener el tórax dividido en tres segmentos: protórax, mesotórax y metatórax, cada uno de los cuales tiene un par de patas, mientras que (en la mayoría de los insectos) el mesotórax y metatórax tienen un par de alas cada uno. Alas y patas en conjunto se consideran extremidades o apéndices y se caracterizan por la presencia de articulaciones móviles en la unión con el tórax. Los científicos encontraron que la cornamenta se une bilateralmente al protórax en una articulación compleja idéntica a las articulaciones que unen a las alas en el mesotórax y metatórax.

Ejemplos de la diversidad de cornamentas en los membranácidos

Debido a que las otras extremidades vienen en pares, los científicos investigaron el desarrollo de la cornamenta mediante la disección de ninfas (insectos no maduros), y determinaron que la cornamenta surge de dos primordios que se fusionan en la línea media dorsal durante el desarrollo. Salvo por la fusión, el desarrollo y la anatomía de la articulación de la cornamenta es idéntica a las articulaciones que unen las alas al tórax, por lo que los investigadores se preguntaron si existe un mecanismo genético conservado entre ambos tipos de extremidades.

Una proteína denominada Nubbin es responsable del desarrollo de las alas y de distinguirlas de otras extremidades, los científicos analizaron la distribución espacial de esta y otras dos proteínas, durante el desarrollo de la cornamenta, y encontraron que siguen el mismo patrón que las alas, indicando que el mismo mecanismo de control genético que determina la formación de las alas está involucrado en la formación de la cornamenta.

Expresión de Nubbin (arriba) y Scr (abajo). Las flechas indican los lugares donde se localiza la expresión, y corresponden a la cornamenta durante su desarrollo en ninfas.

La anatomía de los insectos modernos (tres segmentos torácicos, 3 pares de patas, 2 pares de alas), apareció hace unos 350 millones de años y fue el resultado de la desaparición progresiva de múltiples segmentos y apéndices, la cual ocurrió debido a una familia de genes llamados Hox, que es capaz de reprimir la formación de extremidades. Uno de los genes de esta familia, denominado Scr, es el responsable de detener la formación de alas en el protórax.

Aunque Scr está presente en los membranácidos, una posibilidad es que no se exprese en el protórax, o que haya perdido su capacidad represora; sin embargo los investigadores confirmaron que Scr se expresa en el protórax y la cornamenta, y que es capaz de remplazar al gen Scr de otros insectos, por lo que no ha perdido su función. Esto significa que la formación de la cornamenta ocurre gracias a un cambio independiente de Scr, pero la identidad de este cambio sigue siendo un misterio.

La relevancia de esta investigación es que demuestra como la evolución puede utilizar el potencial de desarrollo presente en un organismo, para dar origen a características complejas y novedosas; además sugiere que uniformidad anatómica de los insectos modernos se debe a restricciones selectivas, ya que el desarrollo parece tener la plasticidad suficiente para dar lugar a nuevos apéndices. Por último, la enorme diversidad morfológica de la cornamenta de los membranácidos, que contrasta con la de las alas, se puede explicar debido a que aquéllas están sometidas a una presión selectiva muy fuerte para mantener su función, mientras que la evolución tiene menos restricciones para explorar el espacio morfológico de la cornamenta.

Referencias:

• Moczek. “The origins of novelty” (2011). Nature Vol. 473 pp.34-35.
• Prud’homme et al. ”Body plan innovations in treehoppers through the evolution of an extra wing-like appendage” (2011). Nature Vol. 473 pp. 83-86.