Las lombrices de tierra revelan un mecanismo evolutivo que podría desafiar a Darwin
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Muchas gracias Wolfgang Eckert por su imagen de una lombriz anillada, que pueden hallar en Pixabay
Many thanks Wolfgang Eckert for your image! You can find him on Pixabay
En 1859, Darwin imaginó la evolución como un progreso lento y gradual, en el que las especies acumulaban pequeños cambios con el tiempo. Pero incluso él se sorprendió al descubrir que el registro fósil no ofrecía ningún eslabón perdido: las formas intermedias que deberían haber contado esta historia paso a paso simplemente no estaban allí. Su explicación fue tan incómoda como inevitable: básicamente, el registro fósil es un archivo donde la mayoría de las páginas han sido arrancadas.
En 1972, la escasez de formas intermedias llevó a los paleontólogos Stephen Jay Gould y Niles Eldredge a proponer una idea provocativa: el equilibrio puntuado. Según esta teoría, en lugar de cambiar lentamente, las especies permanecen estables durante millones de años y luego de repente dan saltos evolutivos rápidos y radicales. Este modelo explicaría por qué el registro fósil parece tan silencioso entre especies: grandes cambios ocurrirían repentinamente y en poblaciones pequeñas y aisladas, muy alejadas del radar paleontológico. Aunque algunos fósiles apoyan este patrón, la comunidad científica sigue dividida: ¿es esta una regla de evolución o una excepción llamativa?
Ahora un equipo de investigación dirigido por el Instituto de Biología Evolutiva (IBE), un centro de investigación mixto perteneciente a la Consejo Nacional de Investigaciones (CSIC) de España y Universidad Pompeu Fabra (UPF), señala por primera vez un mecanismo de reorganización genómica rápida y masiva que podría haber desempeñado un papel en la transición de los animales marinos a los terrestres hace 200 millones de años. El equipo ha demostrado que los anélidos marinos (gusanos) reorganizaron su genoma de arriba a abajo, dejándolo irreconocible, cuando abandonaron los océanos. Sus observaciones son consistentes con un modelo de equilibrio puntuado y podrían indicar que no sólo podrían haber ocurrido cambios graduales sino repentinos en el genoma a medida que estos animales se adaptaban a entornos terrestres. El mecanismo genético identificado podría transformar nuestro concepto de evolución animal y revolucionar las leyes establecidas de la evolución del genoma.
Una biblioteca genómica, sin precedentes, de invertebrados #
El equipo secuenció por primera vez el genoma de alta calidad de varias lombrices de tierra y las comparó con otras especies de anélidos estrechamente relacionadas (sanguijuelas y gusanos de cerdas o poliquetos). El nivel de precisión fue el mismo que para la secuenciación de genomas humanos, aunque en este caso partiendo desde cero, sin que existieran referencias para las especies estudiadas. Hasta ahora, la falta de genomas completos había impedido el estudio de patrones y características a nivel cromosómico para muchas especies, limitando la investigación a fenómenos de menor escala – estudios poblacionales de un puñado de genes, en lugar de cambios macroevolutivos a nivel del genoma completo.
Después de armar cada uno de los rompecabezas genómicos, el equipo pudo viajar en el tiempo con gran precisión más de 200 millones de años, hasta cuando estaban vivos los ancestros de las especies secuenciadas. “Este es un episodio esencial en la evolución de la vida en nuestro planeta, dado que muchas especies, como gusanos y vertebrados, que vivían en el océano, ahora se aventuraron en la tierra por primera vez”, comentó Rosa Fernández, investigadora principal del Laboratorio de Filogenómica y Evolución del Genoma de Metazoos del IBE.
El análisis de estos genomas ha revelado un resultado inesperado: los genomas de los anélidos no se transformaron gradualmente, como predeciría la teoría neodarwiniana, sino en explosiones aisladas de profunda remodelación genética. “La enorme reorganización de los genomas que observamos en los gusanos a medida que se movían del océano a la tierra no puede explicarse con el mecanismo parsimonioso que propuso Darwin; nuestras observaciones coinciden mucho más con la teoría del equilibrio puntuado de Gould y Eldredge”, añadió Fernández.
Un mecanismo genético radical que podría proporcionar respuestas evolutivas #
El equipo ha descubierto que los gusanos marinos rompieron su genoma en mil pedazos sólo para reconstruirlo y continuar su camino evolutivo en la tierra. Este fenómeno desafía los modelos de evolución del genoma conocidos hasta la fecha, dado que si observamos casi cualquier especie, ya sea una esponja, un coral o un mamífero, muchas de sus estructuras genómicas están casi perfectamente conservadas. “Todo el genoma de los gusanos marinos fue descompuesto y luego reorganizado de forma completamente aleatoria, en un período muy corto a escala evolutiva”, manifestó Fernández. “Hice que mi equipo repitiera el análisis una y otra vez, porque simplemente no podía creerlo.”
Cambios importantes en su ADN podrían haber ayudado a los gusanos a adaptarse rápidamente a la vida en la tierra, reorganizando sus genes para responder mejor a nuevos desafíos como respirar aire o estar expuestos a la luz solar. El estudio sugiere que estos ajustes no sólo movieron genes, sino que también unieron fragmentos que habían sido separados, creando nuevas “quimeras genéticas” que habrían impulsado su evolución. “Se podría pensar que este caos significaría que el linaje se extinguiría, pero es posible que algunas especies el éxito evolutivo se base en ese superpoder”, expresó Fernández.
Las observaciones del estudio son consistentes con un modelo de equilibrio puntuado, donde observamos una explosión de cambios genómicos después de un largo período de estabilidad. Sin embargo, la falta de datos experimentales a favor o en contra –en este caso, fósiles de 200 millones de años– dificulta la validación de esta teoría.
Caos cromosómico: ¿problema o solución? #
De este estudio se desprende que conservar la estructura genómica a nivel lineal, es decir, donde los genes están más o menos en el mismo lugar en diferentes especies, puede no ser tan esencial como se pensaba. “De hecho, la estabilidad podría ser la excepción y no la regla en los animales, que podrían beneficiarse de un genoma más fluido”, señaló Fernández.
Este fenómeno de reorganización genética extrema se había observado previamente en la progresión del cáncer en humanos. El término cromoanagénesis cubre varios mecanismos que descomponen y reorganizan los cromosomas en las células cancerosas, donde vemos cambios similares a los observados en las lombrices de tierra. La única diferencia es que, si bien los gusanos toleran estas descomposiciones y reorganizaciones genómicas, en los humanos provocan enfermedades. Los resultados de este estudio abren la puerta a una mejor comprensión de la potencia de este mecanismo genómico radical, con implicaciones para la salud humana.
El estudio también ha reavivado uno de los debates científicos más animados de nuestro tiempo. “Ambas visiones, la de Darwin y la de Gould, son compatibles y complementarias. Si bien el neodarwinismo puede explicar perfectamente la evolución de las poblaciones, aún no ha podido explicar algunos episodios excepcionales y cruciales en la historia de la vida en la Tierra, como la explosión inicial de la vida animal en los océanos hace más de 500 millones de años, o la transición del mar a la tierra hace 200 millones de años en el caso de las lombrices de tierra”, señaló Fernández. “Aquí es donde la teoría del equilibrio puntuado podría ofrecer algunas respuestas”.
En el futuro, una investigación más amplia de la arquitectura genómica de los invertebrados menos estudiados podría arrojar luz sobre los mecanismos genómicos que dan forma a la evolución de la especie. “Hay una gran diversidad de la que no sabemos nada, escondida en los invertebrados, y estudiarlos podría aportar nuevos descubrimientos sobre la diversidad y plasticidad de la organización genómica, y desafiar dogmas sobre cómo pensamos que están organizados los genomas”, concluyó Fernández.
El estudio contó con la colaboración de personal investigador de la Universitat Autònoma de Barcelona, el Trinity College, la Universidad Complutense de Madrid, la Universidad de Köln y la Université Libre de Bruxelles.
Financiamiento #
El estudio recibió el apoyo de SEA2LAND (subvención inicial financiada por el Consejo Europeo de Investigación) y del Proyecto Biogenoma Catalán, que financió la secuenciación de uno de los genomas de los gusanos.
- El paper A punctuated burst of massive genomic rearrangements by chromosome shattering and the origin of non-marine annelids -Un estallido puntual de reordenamientos genómicos masivos por fragmentación cromosómica y el origen de los anélidos no marinos-, fue publicado en Nature Ecology & Evolution. Autores: Carlos Vargas-Chávez, Lisandra Benítez-Álvarez, Gemma I. Martínez-Redondo, Lucía Álvarez-González, Judit Salces-Ortiz, Klara Eleftheriadi, Nuria Escudero, Nadège Guiglielmoni, Jean-François Flot, Marta Novo, Aurora Ruiz-Herrera, Aoife McLysaght & Rosa Fernández