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Los Animales: Trazando su Herencia

Nicole King

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Los animales más antiguos están ausentes del registro fósil, por lo tanto los científicos necesitan determinar:

  • la naturaleza de los primeros animales estudiando las características básicas que son compartidas por todos los ellos;
  • el origen de la multicelularidad, la cual es un evento fundamental en la evolución de los animales;
  • cómo los parientes más cercanos, los choanoflagelados unicelulares, se relacionan a los animales multicelulares.

January 2007

¿Tienen los animales un origen común?

Todos los animales tienen un ancestro común.
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Purple-striped jellyfish (Chrysaora Colorata) at Montery Bay Aquarium, California. All animals can be traced to a common ancestor. Photo: Sanjay Acharya

King: Sí. Todos los animales, desde las esponjas y las aguamalas hasta los vertebrados (animales con espina dorsal) pueden ser conectados a un ancestro común. Hasta ahora, la evidencia molecular y del registro fósil indica que los animales evolucionaron hace por lo menos 600 millones de años. El registro fósil no revela la apariencia de los primeros animales ni cómo ellos vivían. De allí, mi laboratorio y otros grupos de investigación en otras partes del mundo están investigando la naturaleza de los primeros animales por medio del estudio de los diversos organismos vivientes.

Usted estudia la multicelularidad. ¿Tiene esto una conexión a los orígenes de los animales?

La mayoría de organismos en la Tierra tienen una sola célula.

King: Los eucariotes (es decir, los organismos cuyo núcleo está rodeado de una membrana) varían desde aquellos que tiene una sola célula, como la ameba, hasta los animales complejos multicelulares, incluyendo a los humanos. La vasta mayoría de la vida en la Tierra ha sido dominada por la vida unicelular. En un punto a lo largo del linaje que llevó a los animales, evolucionó la multicelularidad. Los organismos multicelulares son aquellos que tienen muchas células. Sus células dependen las unas de las otras, funcionando en concierto para sustentar la vida del organismo. Entonces, el ancestro común de los animales fue una célula individual.

Un organismo unicelular dio origen a los organismos multicelulares.

Este evento, el origen de la multicelularidad, fue seminal para la evolución de los animales. Aún tenemos que descubrir cual fue este ancestro unicelular de los animales multicelulares, pero ya hemos recopilado pistas sobre su complejidad genética. Aunque no tenemos un registro fósil con respecto al origen de la multicelularidad, podemos deducir las características compartidas entre los animales que se han extinguido y las de sus parientes vivos, utilizando datos moleculares y de otros tipos.

¿Cómo le permite un árbol filogenético hacer estas conexiones?

Un árbol filogenético detalla las relaciones entre los organismos.
Las bases de datos nos ayudan a construir árboles filogenéticos.

King: Un árbol filogenético, o árbol de vida, es un diagrama de las relaciones entre organismos. Es una hipótesis, siempre evolucionando a medida que se le añaden más datos. Los filogeneticistas toman secuencias de genes u otras regiones del genoma de diversos organismos y las comparan unas con las otras con el fin de identificar secuencias que puedan sugerir una ascendencia común. Aquellos que han cambiado en concierto pueden sugerir un ancestro común dentro de ese grupo, en exclusión con otros grupos.

Antes este proceso se hacía a mano, pero ahora las computadoras han acelerado enormemente el proceso. Ahora también tenemos bases de datos accesibles públicamente con información filogenética que nos permite ver y analizar las secuencias de genes de diversos organismos.

¿Por qué usted ha escogido trabajar con choanoflagelados?

Los choanoflagelados pueden contener las pistas de la evolución animal.

King: Los choanoflagelados son una ventana a la evolución animal temprana. Tanto la evidencia celular como la molecular indican que los choanoflagelados son los parientes vivientes más cercanos a los animales multicelulares.

Figura 1.

Un choanoflagelado tiene típicamente un cuello de tentáculos y un solo flagelo.
Imagine la cortesía del Laboratorio de Rey, la Universidad de California-Berkeley.

Los choanoflagelados son un grupo singular de eucariotes tanto unicelulares como formadores de colonias. Existen por lo menos 150 especies de choanoflagelados, viviendo en casi todos los tipos de hábitats acuáticos. Los choanoflagelados usan flagelos para nadar y para atrapar alimento, generalmente bacterias, en las paredes de su collar (Figura 1).

Ellos pueden aclarar la transición a la multicelularidad.

La relación entre los choanoflagelados y los animales, y el hecho que ellos son unicelulares, sugiere que pueden ayudarnos a comprender la prehistoria de los animales multicelulares. Su biología es similar al estado hipotético del ancestro unicelular de los animales, de manera que creemos que ellos han preservado su información ancestral mejor que otros organismos. Es probable que los genes compartidos entre los choanoflagelados y los animales estuvieran presentes en el ancestro común y puedan iluminar la transición a la multicelularidad. Nuestro laboratorio ya ha provisto evidencia sobre la expresión de familias de proteínas en los choanoflagelados que son requeridas para la señalización celular (la forma en que se comunican las células) y la adhesión (como se mantienen unidas o pegadas las células).

¿Evolucionó la multicelularidad una sola vez o varias veces?

Cada linaje multicelular apareció independientemente.

King: Los científicos han observado que la biología celular de la multicelularidad es radicalmente diferente en grupos diferentes de organismos. Esto sugiere que diferentes organismos multicelulares surgieron de organismos unicelulares múltiples veces. Los animales, los hongos, las plantas y otros linajes multicelulares evolucionaron su multicelularidad por separado, y cada linaje tiene un ancestro común diferente. Esto quiere decir que el mecanismo por el cual se desarrolló la multicelularidad en cada linaje es evolutivamente diferente y único. Sin embargo, cuando nos enfocamos en los animales, vemos que la multicelularidad evolucionó una sola vez.

¿Tratará usted de reconstruir el genoma del ancestro de los choanoflagelados?

Los genomas de los choanoflagelados son evolutivamente únicos.
La investigación genómica también beneficia a los humanos, en este caso, la investigación del cáncer.

King: No sé si esto será completamente posible desde el punto de vista técnico, pero es algo sobre lo cual quiero pensar un poco. Es un reto maravilloso para un científico. La reconstrucción del genoma del ancestro de los animales y de los choanoflagelados nos permitiría examinar si entendemos bien los componentes importantes del proceso por el cual evolucionaron los animales. Un reto mayor ahora es el ensamblaje de los genomas de los choanoflagelados. Es muy interesante trabajar con un organismo que se encuentra tan distante a todos los otros organismos cuyos genomas ya han sido secuenciados. No hay marcadores sobre donde ir o como proceder.

Nuestra investigación en la comparación de genomas promete dar claves sobre el último ancestro común de los choanoflagelados y los metazoarios así como sobre la historia evolutiva temprana de los animales. Nuestra investigación es, de hecho, un estudio de macroevolución, es decir, tratamos de entender cómo ocurrieron cambios mayores en escalas de tiempo muy grandes.

Más allá de esto, existen varios beneficios directos para la humanidad. Existe cierto interés en nuestro trabajo por personas que están involucradas en la investigación sobre el cáncer. Muchas de las proteínas que estamos encontrando en los choanoflagelados son las mismas que contribuyen al desarrollo de cánceres en los humanos. Nuestro trabajo puede ayudar a avanzar el conocimiento sobre las funciones celulares de algunas de estas proteínas.

La Dra. Nicole King es profesor asistente en el Departamento de Biología Molecular y Celular de la Universidad de California en Berkeley. El laboratorio de la Dra. King estudia el origen y la evolución de los animales por medio de la determinación de la complejidad genómica mínima del ancestro común de los animales, dilucidando las funciones ancestrales de los genes necesarios para el desarrollo de la multicelularidad, la caracterización de las células y del desarrollo de los choanoflagelados, y probando hipótesis de que la emergencia de los animales multicelulares se originó, en parte, de la evolución de nuevas formas de regulación de los genes. La Dra. King fue entrevistada durante el simposio en evolución presentado en la conferencia anual de la Asociación Nacional de Educadores en Ciencias en el 2006, la cual fue cofinanciada por el Instituto Norteamericana para las Ciencias Biológicas (American Institute of Biological Sciences), el Centro Nacional para la Síntesis Evolucionaria (National Evolutionary Synthesis Center) y la editorial Biological Sciences Curriculum Study.
http://ib.berkeley.edu/people/faculty/person_detail.php?person=105
http://mcb.berkeley.edu/labs/king/

Los Animales: Trazando su Herencia

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