La evolución se asocia tradicionalmente a un proceso de incremento de la complejidad y ganancia de nuevos genes. Ahora bien, la explosión de la era genómica muestra que perder genes es un proceso mucho más frecuente en la evolución de las especies de lo que se pensaba y puede favorecer nuevas adaptaciones biológicas que faciliten la supervivencia de los seres vivos. Este motor evolutivo, que parece contraintuitivo —«menos es más», en términos genéticos—, nos revela ahora una sorprendente dimensión que responde al nuevo concepto evolutivo de «menos, pero más»; es decir, el fenómeno de las pérdidas masivas de genes que van seguidas de grandes expansiones a través de duplicaciones génicas.
Esta es una de las conclusiones principales de un artículo publicado en la revista
Molecular Biology and Evolution, que ha dirigido un equipo de la Sección de Genética de la Facultad de Biología y el Instituto de Investigación de la Biodiversidad (IRBio) de la Universidad de Barcelona, en el que han participado también equipos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), en Japón. El trabajo identifica nuevos patrones evolutivos y perfila un nuevo escenario, marcado por el enorme potencial de cambio genético y adaptación evolutiva impulsado por las pérdidas y duplicaciones génicas a gran escala en los seres vivos.
Menos, pero más: un nuevo escenario evolutivo
Aún existen muchos interrogantes sobre el impacto de la pérdida de genes en la diversificación de las especies y la aparición de las innovaciones evolutivas en el árbol de la vida en el planeta. «La pérdida de genes es un mecanismo generalizado en toda la escala biológica y representa una fuerza impulsora evolutiva que puede generar variabilidad genética y también adaptaciones biológicas, y esto se ha conocido tradicionalmente como la hipótesis “menos es más” (en inglés, “less is more”)», detalla Cristian Cañestro, líder del trabajo i miembro del grupo de investigación consolidado de Evolución y Desarrollo (Evo-Devo) del Departamento de Genética, Microbiología y Estadística de la UB.
Ahora el nuevo artículo describe un nuevo marco evolutivo que llaman «menos, pero más»(«less but more»), que amplía el modelo anterior en cuanto a la importancia de la pérdida génica como motor evolutivo. Este trabajo, que forma parte de la tesis doctoral de Gaspar Sánchez-Serna, se centra en el estudio del genoma de la especie
Oikopleura dioica, un organismo nadador del zooplancton marino que pertenece a los tunicados —grupo hermano de los vertebrados— y está ligado filogenéticamente a la historia evolutiva de la especie humana. En este modelo de estudio —un tunicado de vida libre o apendicularia—, el equipo reconstruyó la historia evolutiva de las familias de los genes del crecimiento de los fibroblastos (FGF), que son decisivos en el proceso de desarrollo de los organismos.
«Las conclusiones apuntan a que el proceso de pérdida génica redujo el número de familias génicas de los factores de crecimiento de los FGF de ocho a solo dos, que son las familias Fgf9/16/20 y Fgf11/12/13/14. Estas subfamilias supervivientes se han duplicado a lo largo de la evolución hasta generar un total de diez genes en apendicularias», explica Sánchez-Serna, primer autor del artículo.
«En concreto, Fgf9/16/20 y Fgf11/12/13/14 podrían representar un conjunto mínimo de subfamilias que han conservado funciones secretoras e intracelulares, respectivamente, y nos revelan información importante sobre la evolución del sistema FGF», continúa.
De la vida sésil a la natación activa
El trabajo aporta una nueva perspectiva sobre la evolución de las subfamilias de los FGF en el grupo de los cordados, con pérdidas masivas y duplicaciones de las familias génicas de carácter ancestral y originadas en la base del linaje apendicular, después de que se separaran de las ascidias. Todos estos cambios han contribuido a la divergencia morfológica entre diferentes especies de tunicados de vida libre como
O. dioica.
«Nuestro trabajo propone una nueva hipótesis sobre cómo las pérdidas y duplicaciones de los genes
FGF pueden relacionarse con los cambios en el desarrollo. Hablamos de innovaciones evolutivas —cambios en la morfología y el plano corporal, etc.— que impulsaron la evolución del estilo de vida sésil de las ascidias hasta las formas de vida libres y de natación activa como las apendicularias», señala Sánchez-Serna.
El estudio también identifica diferencias en la estructura de los genes
FGF de
O. dioica de diferentes lugares del mundo, aportando la primera evidencia molecular de cómo estas poblaciones en rápida evolución se están convirtiendo en especies crípticas (es decir, constituidas por organismos muy similares en morfología y genoma que hasta ahora se habían clasificado en la misma especie).
El modelo evolutivo «menos, pero más», concluye Cristian Cañestro, «nos ayuda a entender cómo a veces perder genes abre nuevas posibilidades a ganancias posteriores y, por tanto, las pérdidas son necesarias para favorecer el origen evolutivo de nuevas adaptaciones».