Suena como una “Historia justa”, “Cómo el insecto consiguió sus alas”, pero en realidad es un misterio que ha desconcertado a los biólogos durante más de un siglo. En los últimos años han surgido teorías intrigantes y competitivas sobre la evolución de las alas de los insectos, pero ninguna fue del todo satisfactoria. Finalmente, un equipo del Laboratorio de Biología Marina (MBL), Woods Hole, resolvió la controversia utilizando pistas de artículos científicos de hace mucho tiempo, así como enfoques genómicos de última generación. El estudio, realizado por la investigadora asociada de MBL Heather Bruce y el director de MBL, Nipam Patel, se publica esta semana en Ecología y evolución de la naturaleza.
Las alas de insectos, confirmó el equipo, evolucionaron a partir de una excrecencia o «lóbulo» en las patas de un crustáceo ancestral (sí, crustáceo). Después de que este animal marino había hecho la transición a la tierra hace unos 300 millones de años, los segmentos de las patas más cercanos a su cuerpo se incorporaron a la pared del cuerpo durante el desarrollo embrionario, quizás para soportar mejor su peso en la tierra. “Los lóbulos de las patas se movieron luego hacia la espalda del insecto y luego formaron las alas”, dice Bruce.
Una de las razones por las que tomó un siglo resolver esto, dice Bruce, es que no se apreció hasta alrededor de 2010 que los insectos están más estrechamente relacionados con los crustáceos dentro del filo de los artrópodos, como lo revelan las similitudes genéticas.
«Antes de eso, según la morfología, todos habían clasificado a los insectos en el grupo de los miriápodos, junto con los milpiés y los ciempiés», dice Bruce. “Y si busca en miriápodos de dónde vienen las alas de los insectos, no encontrará nada”, dice. «Así que se llegó a pensar en las alas de los insectos como estructuras ‘novedosas’ que surgieron en los insectos y no tenían la estructura correspondiente en el antepasado, porque los investigadores estaban buscando en el lugar equivocado al antepasado del insecto».
“La gente se emociona mucho con la idea de que algo como las alas de los insectos puede haber sido una innovación novedosa de la evolución”, dice Patel. “Pero una de las historias que está surgiendo de las comparaciones genómicas es que nada es nuevo; todo vino de alguna parte. Y, de hecho, puedes averiguar de dónde «.
Parhyale hawaiensis, que se muestra aquí comiendo, ha secuenciado su genoma y es el crustáceo más manipulable genéticamente para la investigación biológica. Crédito: Heather Bruce
Bruce captó el aroma de su descubrimiento ahora reportado mientras comparaba las instrucciones genéticas para las patas segmentadas de un crustáceo, el pequeño saltador de la playa. Parhyal, y las patas segmentadas de los insectos, incluida la mosca de la fruta. Drosophila y el escarabajo Tribolium. Usando la edición de genes CRISPR-Cas9, deshabilitó sistemáticamente cinco genes de patrones de piernas compartidos en Parhyal y en insectos, y encontraron que esos genes correspondían a los seis segmentos de patas que están más alejados de la pared del cuerpo. Parhyal, sin embargo, tiene un segmento adicional de la séptima pierna junto a la pared de su cuerpo. ¿A dónde fue ese segmento, se preguntó? “Entonces comencé a investigar la literatura, y encontré esta idea realmente antigua que se había propuesto en 1893, que los insectos habían incorporado sus [closest to body] región de la pierna en la pared del cuerpo ”, dice.
“Pero todavía no tenía la parte del ala de la historia”, dice ella. “Así que seguí leyendo y leyendo, y me encontré con esta teoría de la década de 1980 de que los insectos no solo incorporaron la región proximal de la pierna en la pared del cuerpo, sino que los pequeños lóbulos de la pierna luego se movieron hacia la espalda y formaron las alas. Pensé, guau, mis datos genómicos y embrionarios respaldan estas viejas teorías «.
Habría sido imposible resolver este enigma de larga data sin las herramientas ahora disponibles para sondear los genomas de una miríada de organismos, incluidos Parhyal, que el laboratorio Patel ha desarrollado como el organismo de investigación más manejable genéticamente entre los crustáceos.
Referencia: «La eliminación de los genes que modelan las patas de los crustáceos sugiere que las alas de los insectos y las paredes del cuerpo evolucionaron a partir de segmentos de patas antiguas» por Heather S. Bruce y Nipam H. Patel, 1 de diciembre de 2020, Ecología y evolución de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41559-020-01349-0