Complejidad génica y diversidad morfológica

La complejidad morfológica o de comportamiento de una especie suele estar relacionada con la variedad de familias de genes en una especie… ¿o no? La información que nos proporciona la secuenciación de los genomas de distintas especies nos proporciona algunos datos sorprendentes.

La abeja es un insecto “social”, con una organización que incluye reinas y obreros, y un sistema de comunicación que mantiene la organización de la colmena. La secuenciación reciente de su genoma proporciona información respecto esta compleja organización social. Por ejemplo, la secuenciación predice la existencia de nueve genes que codifican para nuevos neuropéptidos, lo que podría proporcionar una mayor complejidad en la comunicación del sistema nervioso. Como era de esperar, hay en la abeja más genes que codifican para receptores olfativos que, por ejemplo, en la mosca del vinagre, Drosophila melanogaster  (170 frente a 60), resaltando la importancia de la comunicación por feromonas. Pero resulta sorprendente, en cambio, que en el genoma de la abeja haya menos genes relacionados con la inmunidad innata que otros insectos, ya que viven en un ambiente, la colmena, donde las enfermedades pueden transmitirse fácilmente. ¿Y que nos dice el genoma sobre la picadura de la abeja? Pues que el veneno que nos inyecta contiene quizás 20 alérgenos diferentes, algunos de ellos homólogos a los presentes en venenos del escorpión y la serpiente. No es de extrañar que nos duela.

 

 El genoma del erizo de mar (un animal más semejante al hombre que la abeja) ha sido también recientemente secuenciado. Algunas características de su genoma se pueden correlacionar fácilmente con su morfología: por ejemplo, carece de genes que codifiquen para proteínas necesarias para la formación de cartílago o huesos (ambos ausentes en este animal). Sin embargo, otras características son sorprendentes. En el erizo hay 979 genes que codifican para proteínas diseñadas para sentir la luz o el olor, un número similar al de los vertebrados y mucho mayor que el presente en invertebrados. También posee genes que codifican para proteínas que en el hombre se localizan en células del oído. Sin embargo, los erizos de mar carecen de ojos, nariz, antenas y de un cerebro central desarrollado para responder a estas señales. También sorprende su sofisticado sistema inmune innato, con un repertorio vasto de proteínas que reconocen patógenos. Por ejemplo, en el erizo de mar hay 222 proteínas de membrana llamadas receptores de tipo Toll (parte del sistema inmune) mientras que en el hombre solo hay 10. El erizo de mar sabe como defenderse de los ataques de microbios y similares.

 

Es difícil, a veces, correlacionar “complejidad” morfológica y diversidad génica. Por ejemplo, las proteínas Wnt son unas proteínas secretables que se encargan, entre otras labores, de proporcionar información a las células determinando la formación de un determinado patrón morfológico. En una especie de anémona marina (un animal de complejidad estructural similar a la de las medusas) hay tantos grupos de estas proteínas Wnt como en el hombre (12) y muchos más que en insectos como la mosca del vinagre (6), aunque esta última tenga una “complejidad” mucho mayor. ¿Cómo se explica la mayor diversidad en algunas proteínas que proporcionan información con la mucha menor complejidad morfológica? ¿Por qué puede fabricar el erizo proteínas para funciones que no sabemos como lleva a cabo? Parece que la complejidad génica que subyace puede ser aplicable a muy diversos contextos que la evolución se encarga de manejar.

Ernesto Sánchez-Herrero (CBM-CSIC)

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6 comentarios

  1. Aunque lo que nos cuentas es realmente interesantísimo, no me sorprende tanto si consideramos lo mucho que desconocemos de la función e interacciones de genes para producir un fenotipo determinado. Como mucho conocemos algunos de los genes que confieren una función determinada, de todo lo demás y en otros organismos, estamos empezando el camino.
    Yo apostaría que en los homo sapiens los genes relacionados con el habla, la escritura, la creatividad artística y científica, etc, etc, arrasamos (¿ o no ?). Bueno hasta que no se demuestre no pondría mi brazo, por si acaso no dan una sorpresa "sorprendente". No vamos a presumir de todo eso, no es para tanto, todavía hay hueco para mucha evolución, si nos damos tiempo.

  2. Si bien es cierto, que la presencia de genes que codifican para estructuras u órganos que "aparentemente" no son necesarios en una determinada especie puede, desde un punto de vista morfológico, resultar difícil de entender, a veces hay que tratar de ir mas allá de la mera complejidad morfológica del organismo, y relacionar estas estructuras con el ecosistema en el que viven. Así por ejemplo, en el caso del erizo de mar, aunque a priori resulte sorprendente que su sistema inmunitario o de defensa sea mas complejo que el de los humanos (conteniendo 20 veces mas receptores de tipo Toll), hay que tener en cuenta que el erizo de mar comparte su ecosistema con un gran número de anémonas, corales y medusas (ciniarios) que, como es sabido, son algunas de las especies mas venenosas de todos los invertebrados marinos. Estos organismos libran diariamente una batalla feroz por conseguir espacio en el fondo del mar. Y para esa guerra disponen de arsenales increíblemente letales. De hecho, producen mezclas muy complejas de algunos de los venenos más potentes que actualmente se conocen, capaces de producir graves reacciones tóxicas e inmunológicas. No es de extrañar por tanto que los pobres erizos hayan evolucionado —adaptando su sistema inmunitario— para tratar de sobrevivir en ambientes altamente hostiles.

  3. Cada vez resulta mas evidente que el repertorio genetico (ni en cualidad ni en cantidad) no da cuenta de las propiedades complejas de los organismos ni de las diferencias entre ellos.

    La razón es que en los sistemas biologicos, como prototipo de sistemas complejos, "el todo es mas que la suma de las partes".

  4. Alguna vez vi una noticia científica donde se mostraba a una mosca cuya composición genética era en un 85% idéntica a la del hombre. Usted tiene idea de qué mosca es ésta? Agradeceré cualquier ayuda.

  5. Considero importante darnos cuenta que todo este descubrimiento de genes solo nos hace ver el fin del determinismo genético; debemos aceptar que no son nuestros genes los responsables de lo que somos; seremos el fruto de la interacción de las distintas noxas con la porción variable del cromosoma. Me explico ..si tenemos tantos genes semejantes al erizo , a la mosca o a la abeja por qué tenemos muy poco en común; por otra parte si vemos a dos gemelos idénticos ( univitelinos) nos daremos cuenta que alrededor de los 40 años sus diferencias son bastantes notables. Esta sería una muy buena razón para orientar nuestros estudios hacia los tramposomas e histonas, y por fin concluir la teoría incierta del determinismo genético de al menos nuestra especie.

  6. hola me parece interesante todo lo escrito pero nos quedad claro que hay muchas interogantes de como la complejidad de organismo en base a su genoma no se logra entender bien como es que existen organismos con una cantidad de genoma parecida y que funcionalmente son tan diferentes

    sera que las interacciones entre proteinas la evolucion y los cambios ambientales modifiquen esta proceso

    por favor expliquenme

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