✨︎ Resumen (TL;DR):
- Dos duplicaciones del genoma completo hace más de 500 millones de años dieron origen al cerebro complejo de los vertebrados.
- El estudio de Oxford analizó la actividad genética en células de cinco especies distintas para reconstruir esta evolución.
- Los genes duplicados, llamados ohnólogos, se especializaron en funciones reguladoras clave en lugar de crear nuevas tareas.
Un estudio de la Universidad de Oxford descubrió que dos eventos de duplicación del genoma completo, ocurridos hace 520 y 500 millones de años, aportaron el material genético necesario para que los vertebrados desarrollaran cerebros complejos. La investigación resuelve un viejo debate científico al demostrar que la diversidad de células cerebrales no surgió de cambios graduales, sino de estas duplicaciones masivas.
El estudio, publicado en la revista Nature, comparó la actividad genética en células cerebrales individuales de cinco especies: humanos, ratones, lagartijas, lampreas y el anfioxo (un invertebrado muy cercano a los vertebrados). Con esto, los científicos lograron reconstruir la evolución celular a lo largo del tiempo.
La investigación determinó que las principales familias de células del cerebro de los vertebrados aparecieron tras una duplicación del genoma en su ancestro común hace 520 millones de años. Una segunda duplicación, ocurrida hace unos 500 millones de años, reforzó esa base genética.
“Nuestros hallazgos revelan que dos eventos de duplicación genética fueron fundamentales para permitir la evolución de cerebros complejos”, explicó el profesor Sebastian Shimeld, del Departamento de Biología de Oxford. “Al duplicar cada gen del genoma, la naturaleza obtuvo materia prima que pudo ser reutilizada para construir nuevos tipos de células cerebrales”.
El papel de los ohnólogos en el cerebro
Los ohnólogos son parejas de genes que se conservan tras una duplicación genómica completa y que se encargan de definir tipos específicos de células en el cerebro. Estos genes resultaron ser mucho más activos en células cerebrales concretas que aquellos duplicados por otros mecanismos, además de tener un rol clave en regular el desarrollo y funcionamiento celular.
En lugar de inventar funciones totalmente nuevas, la mayoría de los genes duplicados se repartieron las tareas de su gen original. Esto ayudó a perfeccionar la diversidad celular.
Mientras que en el anfioxo (un animal más simple) los genes reguladores clave se activan en casi todas las células, en los vertebrados las versiones duplicadas se distribuyen de forma específica para dar una identidad única a cada célula.
Este proceso no se detuvo en la prehistoria. El equipo demostró que estos genes duplicados siguieron definiendo nuevos tipos de células cerebrales, como las de la materia gris del cerebelo, durante cientos de millones de años.
El coautor del estudio, el profesor Peter Holland, destacó el enorme trabajo de análisis de datos realizado por el estudiante Yuanzhen Zhu: “Los análisis de datos fueron increíblemente complicados, con un gran mérito para el estudiante de posgrado Yuanzhen Zhu, pero la conclusión es clara: nuevas células cerebrales necesitaban nuevos genes. Y no cualquier gen, sino los genes adicionales generados por la duplicación accidental del ADN antes de que el primer pez nadara en el mar”.
