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1 de Mayo de 2019
Evolución

El origen de los vertebrados

Certezas e incógnitas de un salto evolutivo confuso.


ACROSS THE BRIDGE

UNDERSTANDING THE ORIGIN OF THE VERTEBRATES
Henry Gee
The University of Chicago Press

La historia de la vida dista mucho de ser un campo cerrado, empezando por la cuestión recurrente de si nació aquí o provino de fuera. No solo aparecen propuestas sobre el tránsito de lo inerte a lo vivo, sino también sobre el origen de los grandes saltos, como el paso del mundo procariota al eucariota o el origen de los vertebrados. Las células eucariotas, que portan su ADN encerrado en un núcleo, se supone que evolucionaron a partir de la fusión de otros dos organismos: una arquea hospedadora y una bacteria. Además del núcleo, los eucariotas poseen otras características distintivas, como un sistema interno de membranas, un citoesqueleto y mitocondrias. Durante el Cámbrico, iniciado hace unos 540 millones de años, casi todos los grupos modernos, de moluscos a cordados, se habían iniciado ya y dejaron su impronta en el registro fósil. El propósito del libro de Henry Gee es presentar una síntesis accesible de los avances conseguidos en este campo.

Los vertebrados representan un grupo bastante pequeño del reino animal, aunque por su situación en la escala trófica desempeñan un papel clave para la vida en la Tierra. Algunas de las ideas aquí introducidas son objeto de controversia entre los expertos. Para el autor, por ejemplo, los fósiles del Cámbrico denominados vetulícolas y yunnanozoos constituirían parientes estrechos de los cordados, grupo extenso al que pertenecen los vertebrados. La sección segmentada del tronco de los cordados se originó, con los vetulícolas, separada por entero del resto del cuerpo y estaría destinada a convertirse en la cabeza y las vísceras.

Sin embargo, los vertebrados difieren tanto de otros animales que resulta muy difícil tender un puente que salve el hiato. Antes del advenimiento de las técnicas modernas de filogenia molecular y de medios objetivos para construir relaciones evolutivas, florecieron un sinfín de hipótesis, muchas de ellas aventuradas, sobre cómo los vertebrados emergerían de equinodermos, arañas, escorpiones, tunicados moluscos, nematodos, gusanos e incluso protozoos. Decepcionado por los textos de su tiempo, el autor publicó en 1996 un libro sobre los orígenes de los vertebrados bajo el título Before the backbone, donde realizaba un extenso repaso histórico sobre las distintas concepciones de la materia.

Por entonces acababan de descubrirse los genes Hox, cuya organización y funciones revelaban profundas conexiones entre las estructuras de todos los animales. A la par, se iniciaba la secuenciación de genomas que se presumían sencillos, los bacterianos. Desde entonces ha cambiado mucho el rostro de la ciencia. Las técnicas moleculares permiten la inspección e incluso la manipulación genética de organismos fuera del laboratorio. Se han secuenciado genomas de organismos de interés en la evolución de los vertebrados, una tarea que prosigue. En noviembre de 2018 arrancó en Londres el Proyecto Biogenoma de la Tierra, de diez años de duración y concebido para secuenciar el genoma de un millón y medio de especies eucariotas. Se han descubierto y descrito nuevos fósiles. Muchas ideas que se creían asentadas han caído. Todo ello ha propiciado un cambio drástico en la concepción de la evolución de los vertebrados en los últimos veinte años.

Con todo, no podemos explicar todavía el hilo conductor que nos lleve de invertebrados a vertebrados. Los parientes vivos de los equinodermos son muy pocos y, cuanto más sabemos de ellos, más claro resulta que evolucionaron hace mucho tiempo, siguiendo una trayectoria peculiar que no nos permite usarlos para reconstruir el precursor universal de los vertebrados. Pisamos, en cambio, terreno más firme cuando abordamos la filogenia de grupos determinados. Un caso estudiado ha sido el de los pterosaurios, el primer grupo vertebrado conocido que ha adquirido en el curso de la evolución un vuelo poderoso, adelantándose varios millones de años a aves y murciélagos. De un tamaño que oscilaba entre el del gorrión y un aeroplano pequeño, los pterosaurios vivieron durante el período entero de los dinosaurios y se extinguieron con ellos. Poseían picnofibras, filamentos pequeños, en la cabeza, cuero y extremidades. Estas estructuras podrían compartir un origen evolutivo con las plumas de dinosaurios y aves. El antepasado común de pterosaurios, dinosaurios y aves podría haber sido capaz de producir picnofibras.

En la definición de vertebrado entra la presencia de una cabeza conformada, distinta, con un rostro dotado de un ojo a cada lado y una boca central. En los invertebrados hallamos todo un repertorio de ojos, tentáculos, partes bucales, cuando no un extremo frontal sin ojos ni rasgos distintivos. También los insectos poseen cabeza, pero su construcción difiere de la de los vertebrados. Los ojos de los insectos, por botón de muestra, constan de numerosas unidades repetidas, no de un cristalino flexible y único. Los oídos se encuentran en las patas y respiran a través de finos poros repartidos por el cuerpo. Por tanto, la cabeza de los insectos siguió un curso distinto del de la encefalización de los vertebrados, lo que no obsta para que se den fenómenos de convergencia entre unos y otros.

Los vertebrados se conforman alrededor de un esqueleto interno de cartílago que, en muchos casos, se refuerza con tejidos más duros (como el tejido óseo, la dentina y el esmalte). Aunque encontramos tejido cartilaginoso en distintos organismos del reino animal, hueso, dentina y esmalte son tejidos exclusivos de los vertebrados. El principal mineral constituyente de los tejidos duros de los vertebrados es el hidroxiapatito, una forma de fosfato de calcio. Las conchas y otros tejidos duros de los invertebrados están hechos de una sustancia diferente, el carbonato cálcico.

La diferencia fundamental, sin embargo, hay que buscarla en el genoma, que explica todas las otras. Todos los vertebrados comparten múltiples rasgos morfológicos y genómicos peculiares. Les caracteriza una profunda reelaboración del plano corporal de los cordados, y adquirieron unos genomas exclusivos merced a una doble duplicación del genoma entero. En efecto, la diferencia genómica más prominente entre vertebrados y cordados no vertebrados es la reconformación del complemento génico que siguió a las dos tandas de duplicación del genoma (lo que se conoce como «hipótesis 2R») que aconteció en la base del linaje de los vertebrados. Esos episodios mutacionales de gran escala posibilitaron, a buen seguro, la adquisición de innovaciones evolutivas en la morfología. En efecto, si se producen dos genes donde antaño solo había uno, cada gen puede tomar su propio rumbo.

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