Cómo evolucionaron por primera vez las mandíbulas de los vertebrados
junio 29, 2022Hace quinientos millones de años, era relativamente seguro volver al agua. Eso es porque las criaturas de las profundidades aún no habían desarrollado mandíbulas. En un nuevo par de estudios en eLife and Development, los científicos revelan pistas sobre el origen de esta emocionante innovación evolutiva en los vertebrados.
En los estudios, Mathi Thiruppathy del laboratorio de Gage Crump en la USC, y el colaborador J. Andrew Gillis de la Universidad de Cambridge y el Laboratorio de Biología Marina, consideraron el desarrollo embrionario como una forma de obtener información sobre la evolución, un enfoque conocido como «evo-devo». . «
En los peces, las mandíbulas comparten un origen de desarrollo común con las branquias. Durante el desarrollo, tanto las mandíbulas como las branquias surgen de estructuras embrionarias llamadas «arcos faríngeos». El primero de estos arcos se llama arco mandibular porque da origen a las mandíbulas, mientras que los arcos adicionales se convierten en branquias. También hay similitudes anatómicas: las branquias están sostenidas por huesos superiores e inferiores, que podrían considerarse análogos a las mandíbulas superior e inferior.
«Estas observaciones anatómicas y de desarrollo llevaron a la teoría de que la mandíbula evolucionó por la modificación de una branquia ancestral», dijo Thiruppathy, quien es el primer autor del estudio de eLife y estudiante de doctorado en el Laboratorio Crump. día. «
En ausencia de evidencia fósil clara, la publicación eLife presenta evidencia «viva» en apoyo de la teoría de que las mandíbulas se originaron a partir de las branquias. Casi todos los peces poseen una pequeña estructura anatómica llamada «pseudobranquio», que se asemeja a una branquia vestigial. Sin embargo, el origen embrionario de esta estructura era incierto.
Usando técnicas elegantes de rastreo de imágenes y células en el pez cebra, Thiruppathy y sus colegas demostraron de manera concluyente que la pseudorama se origina en el mismo arco mandibular que da lugar a la mandíbula. Luego, los científicos demostraron que muchos de los mismos genes y mecanismos reguladores impulsan el desarrollo tanto de la pseudobranquia como de las branquias.
En un estudio relacionado recién publicado en Development, Gillis y su colega de Cambridge, Christine Hirschberger, muestran que las rayas también tienen una pseudorama derivada del arco mandibular con similitudes genéticas y de desarrollo con una branquia. Si bien el pez cebra es un pez óseo, las rayas representan una clase evolutiva completamente diferente de vertebrados con mandíbula: los peces cartilaginosos.
«Nuestros estudios muestran que el arco mandibular contiene la maquinaria básica para hacer una estructura similar a una branquia», dijo Crump, autor correspondiente del estudio de eLife y profesor de biología de células madre y medicina regenerativa en el Centro Eli and Edythe Broad para Medicina Regenerativa. e Investigación de Células Madre en la Escuela de Medicina Keck de la USC. «Esto implica que las estructuras que surgen del arco mandibular, la pseudorama y la mandíbula, podrían haber comenzado como branquias que se modificaron en el transcurso de un tiempo evolutivo profundo».
Gillis, quien es el autor correspondiente del estudio Development y coautor del estudio eLife, agregó: “Juntos, estos dos estudios apuntan a que una pseudorama está presente en el último ancestro común de todos los vertebrados con mandíbula. Estos estudios proporcionan nueva evidencia tentadora para la teoría clásica de que una estructura parecida a una branquia evolucionó hasta convertirse en la mandíbula de los vertebrados».
Peter Fabian, estudiante de postdoctorado en el Crump Lab de la USC, también es coautor del estudio eLife.
El noventa y siete por ciento del apoyo para el estudio eLife provino de fondos federales del Instituto Nacional de Investigación Dental y Craneofacial (subvenciones R35DE027550, F31DE030706 y K99DE029858). La financiación restante provino de la Royal Society (RGF/EA/180087) y la Universidad de Cambridge (14.23z).
El estudio de desarrollo fue financiado por el Consejo de Investigación de Ciencias Biológicas y Biotecnología del Reino Unido (BBSRC), la Royal Society y el Isaac Newton Trust.
