Choquemos los cinco

para Ciencia Hoy el . Publicado en Grageas, Número 156.

Como se sabe, en la base de la expresión coloquial del título está el hecho de que tenemos cinco dedos en cada mano. ¿De dónde vienen esos cinco dedos, que compartimos con la mayoría de los tetrápodos, es decir con un grupo de vertebrados dotados de dos pares de miembros locomotores, el que comprende a los mamíferos, los anfibios, los reptiles y las aves (en estas la evolución convirtió a los miembros anteriores en alas)? Cuando aparecieron los primeros tetrápodos en la era paleozoica, hace unos 380 millones de años, vivían en el agua. Pero rápidamente (en el lapso de unos diez millones de años) se aventuraron sobre tierra firme gracias a una innovación morfológica mayor: la aparición de adecuados miembros locomotores por transformación en patas de las aletas de sus ancestros, los peces.

En estos cambios, desempeñó un papel fundamental una familia de genes llamados homeóticos, o genes hox. Desde invertebrados, como las lombrices planas o planarias y las moscas, hasta vertebrados, estos genes determinan la organización corporal de los animales con simetría bilateral con respecto a ejes, como el que corre de la cabeza a la cola (o eje cráneo-caudal) o el que va de adelante hacia atrás (o eje antero-posterior). Gracias a ellos tenemos la cabeza, los brazos, el tórax, el abdomen… en su lugar. Las mutaciones de los genes hox tienen efectos espectaculares: pueden dar lugar, por ejemplo, a moscas que poseen patas en lugar de antenas.

 

Esquema de una mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) en el que los distintos colores indican las partes de su cuerpo gobernadas por cada uno de ocho genes del cromosoma 3 del insecto. (Este mide entre 2 y 2,5mm; los machos son algo más pequeños). Wikipedia Commons

Los genes hox se encuentran juntos en un cromosoma en un orden que está correlacionado con su función, es decir, con la manera en que regulan el organismo. Así, el desarrollo de las distintas partes del cuerpo con respecto a dichos ejes depende de la activación o encendido de los genes hox responsables de cada segmento. El proceso de encendido y apagado de genes se conoce como regulación de la expresión génica, algo requerido para el correcto desarrollo embrionario, entre otras funciones. Los estadounidenses Edward B Lewis (1918-2004) y Eric F Wieschaus (1947-) y la alemana Christiane Nüsslein-Volhard (1942-), justamente, recibieron el premio Nobel de fisiología o medicina de 1995 por sus investigaciones sobre el control genético del desarrollo embrionario en el que intervienen los genes hox.

En los vertebrados, un grupo de genes hox que se originaron por duplicación regula la diferenciación de distintos segmentos de los miembros, entre ellos el brazo, el antebrazo, la mano y los dedos. La inhibición mutua entre esos genes resulta indispensable para la formación de cinco dedos y no más. Si se impide en ratones dicha inhibición mutua, pueden nacer polidáctilos, como se denomina generalmente a los que tienen más de cinco dedos. Mediante ingeniosos experimentos se concluyó que es indispensable que solo un gen hox se exprese por célula en un momento preciso del desarrollo de las extremidades para que un tetrápodo tenga cinco dedos. Si no es así, el animal será polidáctilo. Los estudios de fósiles demuestran que los primeros tetrápodos tenían entre seis y ocho dedos. ¿Por qué la mayoría de los tetrápodos actuales no tiene más que cinco? El proceso de regulación mutua de los genes hox comienza a contestar esa pregunta o, por lo menos, a develar algunos mecanismos en juego. Pero saber qué explica estos resultados de la evolución no está hoy aún a nuestro alcance.

Lecturas Sugeridas

‘Les secrets dévoilés des gènes qui nous donnent cunq doigts… et pas un de plus’, La Recherche, 516, diciembre de 2016, y en Gehring WJ, 1998, Master Control Genes in Development and Evolution, The Homeobox Story, Yale University Press.