ANN ARBOR, Michigan.—Los biólogos han sabido por mucho tiempo que
tanto la apariencia de los organismos como sus funcionamientos
internos están moldeados por la evolución. ¿Pero son los mismos
mecanismos genéticos los que subyacen en los cambios de forma y de
función? Un nuevo estudio realizado por los científicos de la
Universidad de Michigan, UM y de los Insitutos Nacionales de
Investigación de la Salud de Taiwán, sugiere que no.

La investigación se divulgará por la versión de Internet
de Proceedings of the National Academy of Sciences en la semana del
5 de abril.

En el estudio el biólogo de evolución de la UM, Jianzhi
“George” Zhang y sus colegas Ben-Yang Liao y Meng-Pin Weng se
propusieron probar sistemáticamente una hipótesis propuesta en Sean
Carroll en 2005. Carroll sugirió que los cambios en morfología (por
ejemplo los cambios de forma, color y estructura de partes externas e
internas) ocurren mediante mecanismos genéticos diferentes de los
cambios en fisiología (el funcionamiento interno). Carroll respaldó su
propuesta con ejemplos, pero la idea que desafiaba el dogma previo,
fue controvertida, dijo Zhang.

Para probar la hipótesis el equipo de Zhang recurrió a un
banco de datos sobre ratones “noqueados”, esto es ratones de
laboratorio modificados para que carezcan de genes particulares.

“Encontramos que se habían noqueado unos 5.200 genes en
el ratón y que se habían estudiado los resultados”, dijo Zhang, un
profesor de ecología y biología de evolución. “Entre esos genes
observamos los que, cuando se suprimen, afectan solamente
características morfológicas, no fisiológicas. Y obtuvimos unos 900 de
estos genes que llamamos morfogenes”.

Los investigadores también encontraron unos 900
“fisiogenes”, es decir genes que afectan solamente características
fisiológicas y no morfológicas.

“A continuación comparamos los dos grupos de genes para
determinar si hay diferencias en los papeles moleculares de sus
productos”, dijo Zhang. “Encontramos diferencias muy grandes”.

Los morfogenes tienen más probabilidades de ser
portadores de instrucciones para la transcripción, el paso que
determina si un gen ha de activase y cuánto de su producto debe
hacerse. Los fisiogenes tienden a tener más probabilidades de ser
borradores para enzimas, receptores, transportadores y canales de ion,
las moléculas que controlan el flujo de iones a través de las
membranas de la célula.

El paso siguiente fue el examen de los patrones de
evolución de los dos grupos de genes.

En un artículo clásico publicado en 1975 los biólogos de
evolución Mary Claire King y Allan Wilson argumentaron que la
evolución tanto de la morfología como de las “formas de vida” (esto es
la fisiología y el comportamiento) ocurrían mediante cambios en las
formas en que se activan o desactivan los genes más que mediante
cambios directos en los productos mismos de los genes. En el lenguaje
de los geneticistas estas características se moldearon a lo largo del
tiempo mediante cambios en la expresión de los genes no por cambios en
la secuencia proteínica.

King y Willson sustentaron su afirmación con el ejemplo
de los chimpancés y los humanos, que tienen similitudes notables en el
nivel de secuencia de proteínas, pero tienen apariencias y
comportamientos muy diferentes. Carroll conmemoró aquel artículo 30
años más tarde, pero él sugirió en cambio que los cambios fisiológicos
se deben a cambios en la secuencia de proteína, en tanto que los
cambios morfológicos resultan de cambios en la expresión del gen.

Con su nuevo análisis Zhang y sus colegas encontraron
que, al nivel de secuencia proteínica, los fisiogenes evolucionaron
mucho más rápido que los morfogenes. “Esto es coherente con la idea de
que los cambios fisiológicos tienden a ser resultado de cambios en la
secuencia proteínica”, dijo Zhang.

Luego los investigadores examinaron los datos de
expresión de gen para ver con cuánta similitud o cuánta diferencia se
activan o desactivan los genes en tejidos idénticos de especies
diferentes, tales como los hígados de ratone y de humanos. Las
diferencias más grandes indican un cambio evolucionario más rápido.

“Encontramos más diferencias en los morfogenes que en los
fisiogenes”, señaló Zhang. “En otras palabras los morfogenes
evolucionan más rápido con respecto a los patrones de expresión, que
los fisiogenes, un descubrimiento que susenta la idea de que los
cambios morfológicas resultan principalmengte de los cambios en la
expresión de los genes”.

El descubrimiento de que la morfología y la fisiología
son resultado de diferentes procesos evolucionarios genéticos no solo
puede ayudar en futuros estudios de la evolución sino que también
pueden beneficiar el estudio de las enfermedades humanas, dijo Zhang.

“Nuestro análisis de los datos del ratón ‘noqueado’
indica que los defectos morfólogicos se deben, con más probabilidades,
a problemas en la expresión de genes. Este conocimiento podría ayudar
a identificar más rápidamente las mutaciones que causan enfermedades
porque disminuye el conjunto de genes candidatos y de mutaciones que
uno necesita analizar”.

Los coautores de Zhang, Liao y Weng, trabajan en los
Institutos Nacionales de Investigación de la Salud en Taiwán. Los
fondos provinieron de los Insitutos Nacionales de Salud de Estados
Unidos, y los Institutos Nacionales de Investigación de la Salud de
Taiwán.

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