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Lo que un pez caminante puede enseñarnos sobre la evolución humana

¿Qué tiene en común un ratón con un pez cartilaginoso conocido como patín?

A primera vista, puede que no pienses mucho. Uno es esponjoso, con orejas grandes y bigotes; el otro respira con agallas y ondula alrededor del océano. Uno es un animal de laboratorio o una plaga doméstica; el otro es más probable que se vea en la naturaleza, o en el fondo de una piscina poco profunda en un acuario. Pero resulta que estos dos vertebrados tienen algo crucial en común: la capacidad de caminar. Y la razón por la cual podría cambiar la forma en que pensamos sobre la evolución de caminar en animales terrestres, incluidos los humanos.

Un nuevo estudio genético de científicos de la Universidad de Nueva York revela algo sorprendente: al igual que los ratones, los patines pequeños poseen el modelo genético que permite el patrón de locomoción de alternancia derecha-izquierda que usan los animales terrestres de cuatro patas. Esos genes se transmitieron de un ancestro común que vivió hace 420 millones de años, mucho antes de que los primeros vertebrados alguna vez se arrastraran de mar a costa.

En otras palabras, algunos animales pueden haber tenido las vías neuronales necesarias para caminar incluso antes de vivir en tierra.

Publicado hoy en la revista Cell, la nueva investigación comenzó con una pregunta básica: ¿cómo evolucionaron o cambiaron los diferentes comportamientos motores en varias especies a lo largo del tiempo? El autor Jeremy Dasen, profesor asociado del Instituto de Neurociencia de la Universidad de Nueva York, había trabajado anteriormente en el movimiento de las serpientes. Se inspiró para buscar patines después de leer el libro de Neil Shubin, Your Inner Fish: A Journey Into the 3.5-Billion-Year History of the Human Body, pero realmente no sabía por dónde empezar.

"No tenía idea de cómo era un patín", dice Dasen. “Lo había comido en un restaurante antes. Así que hice lo que todos hacen, fui a Google a buscar videos de patines ”. Una de las primeras cosas que encontró fue un video de Youtube de un patín de nariz clara que se comportaba como caminante. "Estaba como, wow, ¡eso es genial! ¿Cómo hace eso? ”, Dice.

Usando patines recolectados por el Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Dasen y otros se esforzaron por averiguarlo. Primero, lo básico: los patines pequeños son habitantes del fondo que viven a lo largo de la costa este del Océano Atlántico. En realidad no tienen piernas, y su forma de caminar no parece un ser humano dando un paseo. Lo que usan son aletas pélvicas anteriores llamadas "crus", ubicadas debajo de la aleta en forma de vela, mucho más grande, en forma de diamante, que se ondula cuando nadan.

Cuando se están alimentando, o necesitan moverse más lentamente, activan su crus en un movimiento alternativo de izquierda a derecha a lo largo del fondo del océano. Desde la parte inferior, casi parecen pequeños pies impulsando el patín hacia adelante.

Pero Dasen y su equipo no solo estaban interesados ​​en la biomecánica; Querían identificar los genes que controlaban las vías neuronales motoras para andar en patines.

Al observar el diseño de un vertebrado, los genetistas a menudo comienzan con genes Hox, que juegan un papel crucial en la determinación del plan corporal de un organismo. Si los genes son eliminados o mal ordenados, puede significar un desastre para el animal (como en el experimento en el que una mosca creció patas en lugar de antenas en su cabeza después de que los científicos intencionalmente eliminaron ciertos genes Hox).

Dasen y sus colegas también observaron un factor de transcripción genética llamado Foxp1, ubicado en la médula espinal en los tetrápodos. La explicación simplificada es que funciona activando neuronas motoras que permiten el movimiento de caminar.

"Si noqueas a [Foxp1] en organismos modelo como los ratones, han perdido toda la capacidad de coordinar los músculos de sus extremidades", dice Dasen. "Tienen un tipo grave de descoordinación motora que les impide caminar normalmente". No es que los ratones sin Foxp1 no tengan las extremidades o los músculos necesarios para caminar, simplemente no tienen sus circuitos correctamente conectados para hacerlo.

Esa combinación de genes en pequeños patines que les permite cruzar el fondo del mar en busca de la cena se remonta a un ancestro común que vivió hace 420 millones de años, una sorpresa para los investigadores, ya que se pensó en la capacidad de caminar. venir después de que comenzó la transición del mar a la tierra, no antes. El hecho de que tales rasgos genéticos se mantuvieran durante tanto tiempo y evolucionaran de manera tan única en diferentes especies solo aumentó la emoción de Dasen.

"Hay mucha literatura sobre la evolución de las extremidades, pero en realidad no considera el lado neuronal de las cosas porque es mucho más difícil de estudiar", dice Dasen. “No hay registros fósiles de neuronas y nervios. Hay formas mucho mejores de estudiar la evolución observando las estructuras óseas ".

Muchos investigadores han buscado en el registro fósil detalles sobre los primeros habitantes de la tierra. Está Elginerpeton pancheni, un tetrápodo temprano que vivió fuera del océano hace unos 375 millones de años. Y luego está Acanthostega, otro vertebrado antiguo que los científicos analizaron recientemente para conocer sus patrones de crecimiento de extremidades y madurez sexual.

Mientras tanto, otros biólogos han obtenido pistas al observar algunos de los peces más raros vivos de la actualidad, muchos de los cuales tienen linajes antiguos. Algunos han observado celacantos y sarcopterigios, o peces pulmonados (estos últimos usan sus aletas pélvicas para moverse en un movimiento como caminar). Otros han investigado el movimiento bishr. La especie de pez africana está equipada con pulmones y branquias, por lo que puede sobrevivir fuera del agua, y tiene un movimiento similar al caminar cuando se la obliga a vivir en tierra, como se vio en el experimento de 2014 realizado por la bióloga Emily Standen de la Universidad de Ottawa y otros.

Standen dice que admira mucho la nueva investigación sobre pequeños patines. "Hubiera esperado que hubiera habido bastante similitud [en los sistemas detrás del movimiento de diferentes animales], pero el hecho de que esté tan cerca como fue una sorpresa maravillosa", dice ella. "Habla bastante fuertemente de lo que creo, que el sistema nervioso y cómo se desarrolla y funciona es muy flexible".

Esa flexibilidad ha sido claramente clave en la historia evolutiva. Gracias a ese antepasado de 420 millones de años, ahora tenemos de todo, desde peces que nadan hasta serpientes que se deslizan, ratones que caminan y patines que usan una combinación de movimientos, con el gen Foxp1 expresado o suprimido dependiendo de Plan corporal y locomoción únicos del animal.

Y ahora que sabemos un poco más lo que controla ese movimiento en los patines, es posible que el conocimiento pueda tener un uso futuro para comprender el bipedalismo en humanos.

"El principio básico por el cual las neuronas motoras se conectan a diferentes circuitos no se resuelve realmente [en organismos complejos], por lo que el patín es una forma de ver eso en un sistema más simplificado", dice Dasen. Pero no quiere adelantarse demasiado al predecir lo que eso podría significar para el futuro. Dasen solo espera que al ver la investigación, la gente simplemente piense: “Genial, eso es genial. ¡Pueden caminar!

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