Un enfoque novedoso basado en la estructura cromosómica ha revelado que las medusas peine, o ctenóforos, fueron el primer linaje en ramificarse del árbol de los animales. Las esponjas fueron las siguientes, seguidas por la diversificación de todos los demás animales, incluido el linaje que condujo a los humanos.
Aunque los investigadores determinaron que el linaje de los ctenóforos se ramificó antes que las esponjas, ambos grupos de animales continuaron evolucionando a partir de su ancestro común. Sin embargo, los biólogos evolutivos creen que estos grupos aún comparten características con los primeros animales, y que estudiar estas primeras ramas del árbol de la vida animal puede arrojar luz sobre cómo surgieron y evolucionaron los animales hasta la diversidad de especies que vemos hoy a nuestro alrededor.
"El ancestro común más reciente de todos los animales probablemente vivió hace 600 o 700 millones de años. Es difícil saber cómo eran porque eran animales de cuerpo blando y no dejaron un registro fósil directo. Pero podemos usar comparaciones entre animales vivos para aprender sobre nuestros ancestros comunes", dijo en un comunicado Daniel Rokhsar, profesor de biología celular y molecular de la Universidad de California, Berkeley y coautor del nuevo estudio publicado en Nature (1) junto con Darrin Schultz y Oleg Simakov de la Universidad de Viena.
Relaciones entre los linajes
Comprender las relaciones entre los linajes de animales ayudará a los científicos a comprender cómo evolucionaron con el tiempo las características clave de la biología animal, como el sistema nervioso, los músculos y el tracto digestivo, dicen los investigadores.
"Desarrollamos una nueva forma de tener una de las miradas más profundas posibles sobre los orígenes de la vida animal", dijo en un comunicado Schultz, el autor principal y ex estudiante de posgrado de UC Santa Cruz e investigador en el Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey (MBARI) que es ahora investigador postdoctoral en la Universidad de Viena. "Este hallazgo sentará las bases para que la comunidad científica comience a desarrollar una mejor comprensión de cómo han evolucionado los animales".
La mayoría de los animales familiares, incluidos gusanos, moscas, moluscos, estrellas de mar y vertebrados, incluidos los humanos, tienen una cabeza con un cerebro centralizado, un intestino que va desde la boca hasta el ano, músculos y otras características compartidas que ya habían evolucionado en el momento de la famosa "Explosión Cámbrica" hace unos 500 millones de años. Juntos, estos animales se llaman bilaterales.
Sin embargo, otros animales, como las medusas, las anémonas de mar, las esponjas y los ctenóforos, tienen diseños corporales más simples. Estas criaturas carecen de muchas características bilaterales, por ejemplo, carecen de un cerebro definido y es posible que ni siquiera tengan un sistema nervioso o músculos, pero aún comparten las características de la vida animal, en particular el desarrollo de cuerpos multicelulares a partir de un óvulo fertilizado. Las relaciones evolutivas entre estas diversas criaturas -específicamente, el orden en que cada uno de los linajes se ramificó del tronco principal del árbol de la vida animal- ha sido motivo de controversia.
Primeros animales descubiertos
Con el auge de la secuenciación del ADN, los biólogos pudieron comparar las secuencias de genes compartidos por los animales para construir un árbol genealógico que ilustra cómo los animales y sus genes evolucionaron con el tiempo desde que surgieron los primeros animales en el Período Precámbrico. Pero estos métodos filogenéticos basados en secuencias de genes no lograron resolver la controversia sobre si las esponjas o las medusas de peine fueron la rama más antigua del árbol animal, en parte debido a la profunda antigüedad de su divergencia, dijo Rokhsar.
Con solo mirarlas, las esponjas parecen bastante primitivas. Después de su etapa larvaria de nado libre, se asientan y generalmente permanecen en un lugar, barriendo suavemente el agua a través de sus poros para capturar pequeñas partículas de alimento disueltas en el agua de mar. No tienen nervios ni músculos, aunque sus partes duras son buenos limpiadores en el baño.
"Tradicionalmente, se ha considerado ampliamente que las esponjas son la rama sobreviviente más antigua del árbol animal, porque las esponjas no tienen un sistema nervioso, no tienen músculos y se parecen un poco a las versiones coloniales de algunos protozoos unicelulares. ", dijo Rokhsar. El linaje de la esponja conserva muchas características del ancestro animal en la rama que conduce a todos los demás animales, incluidos nosotros. Evolucionaron especializaciones que dieron lugar a neuronas, nervios, músculos, tripas y todas esas cosas que conocemos y amamos como características definitorias del resto de la vida animal. Las esponjas parecen ser primitivas, ya que carecen de esas características".
El otro candidato para el linaje animal más antiguo es el grupo de las medusas peine, animales populares en muchos acuarios. Si bien superficialmente se parecen a las medusas, a menudo tienen una forma de campana, aunque con dos lóbulos, a diferencia de las medusas, y generalmente tentáculos, solo están relacionados de manera lejana. Y mientras las medusas se abren camino a través del agua, los ctenóforos se impulsan con ocho filas de cilios dispuestos a los lados como peines.
Organización de los genes en cromosomas
Para saber si las esponjas o los ctenóforos fueron la primera rama de los animales, el nuevo estudio se basó en una característica poco probable: la organización de los genes en cromosomas. Cada especie tiene un número de cromosomas característico (los humanos tienen 23 pares) y una distribución característica de genes a lo largo de los cromosomas.
Rokhsar, Simakov y sus colaboradores habían demostrado previamente que los cromosomas de esponjas, medusas y muchos otros invertebrados portan conjuntos de genes similares, a pesar de más de 500 millones de años de evolución independiente. Este descubrimiento sugirió que los cromosomas de muchos animales evolucionan lentamente y permitió al equipo reconstruir computacionalmente los cromosomas del ancestro común de estos diversos animales.
Pero la estructura cromosómica de los ctenóforos se desconocía hasta 2021, cuando Schultz, entonces estudiante de posgrado en UC Santa Cruz, y sus coasesores, Richard Green de UCSC y Steven Haddock de MBARI y UCSC, determinaron la estructura cromosómica del ctenóforo Hormiphora californensis. . Se veía muy diferente a los de otros animales, lo que planteó un rompecabezas, dijo Rokhsar.
Secuenciar los genomas
Los investigadores unieron fuerzas para secuenciar los genomas de otro ctenóforo y esponja, así como de tres criaturas unicelulares que están fuera del linaje animal: un coanoflagelado, una ameba filasterea y un parásito de peces llamado ictiospora. Las secuencias aproximadas del genoma de estos no animales ya existían, pero no contenían la información crítica necesaria para la vinculación de genes a escala cromosómica: dónde se ubican en el cromosoma.
Sorprendentemente, cuando el equipo comparó los cromosomas de estos diversos animales y no animales, encontraron que los ctenóforos y los no animales compartían combinaciones particulares de genes y cromosomas, mientras que los cromosomas de las esponjas y otros animales se reorganizaron de una manera claramente diferente.
"Esa fue la prueba irrefutable: encontramos un puñado de reordenamientos compartidos por esponjas y animales que no son ctenóforos. En contraste, los ctenóforos se parecían a los no animales. La explicación más simple es que los ctenóforos se ramificaron antes de que ocurrieran los reordenamientos", dijo.