¿Por qué nuestras manos tienen una palma por un lado y uñas por el otro? Aunque pueda parecer una característica tan natural que pasa desapercibida, esa diferencia ha sido esencial para la evolución de los vertebrados y para acciones tan cotidianas como agarrar un objeto, doblar los dedos o caminar.
Ahora, un estudio coliderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha descubierto que el mecanismo genético responsable de esa organización ya existía en las aletas de los peces hace al menos 450 millones de años, mucho antes de que los primeros vertebrados conquistaran la tierra firme.
La investigación, publicada en la revista Current Biology, identifica el mecanismo genético ancestral que determina qué será la parte dorsal de las aletas —el equivalente al dorso de nuestra mano— y demuestra que este sistema apareció mucho antes del origen de las extremidades terrestres, hace más de 400 millones de años.
La clave de nuestras manos estaba en las aletas de los peces
«Cuando miramos nuestra mano, la distinción entre el dorso (la parte con uñas) y la palma (con sus pliegues y almohadillas) nos parece completamente natural. Y no es solo una cuestión estética: esa diferencia es imprescindible para que nuestras extremidades funcionen correctamente y permite acciones tan cotidianas como doblar los dedos, agarrar objetos o apoyar el pie en el suelo», explica Marian Ros, investigadora del CSIC en el Instituto de Biomedicina y Biotecnología de Cantabria (IBBTEC-CSIC-UNICAN) y una de las responsables del estudio.
Hasta ahora, los científicos desconocían cuándo había surgido esa organización entre la parte dorsal y la ventral de las extremidades y si ese patrón ya estaba presente en las aletas de los peces, de las que evolucionaron brazos y piernas.
El gen que decide qué será la parte superior de una extremidad
El estudio demuestra que el gen Lmx1b, conocido por controlar el desarrollo de la parte dorsal de las extremidades en ratones, pollos y humanos, desempeña exactamente la misma función en las aletas pectorales del pez cebra.
«Cuando eliminaron este gen mediante la técnica de edición genómica CRISPR-Cas9, la parte de arriba de esas aletas desarrolló las mismas estructuras que normalmente aparecen en la parte de abajo. Los científicos denominamos a este resultado un apéndice de ‘doble ventral’, una especie de aleta con dos caras ventrales y ninguna dorsal, lo que equivaldría a tener una mano con dos palmas», explica la investigadora.
Un interruptor genético que lleva funcionando 450 millones de años
Los investigadores descubrieron además que este gen necesita un auténtico «interruptor» genético para activarse únicamente donde debe hacerlo.
«El equipo identificó que el conjunto de secuencias reguladoras del ADN (LARM, por sus siglas en inglés), que actúan como un interruptor específico de Lmx1b en la zona dorsal de las extremidades, están presentes y son funcionalmente equivalentes desde tiburones a peces óseos y en todos los vertebrados terrestres, incluidos ratones y humanos. Es decir, ese interruptor lleva funcionando sin cambios esenciales al menos 450 millones de años, desde el ancestro común de todos los vertebrados con mandíbula».
El descubrimiento demuestra que el mecanismo genético que diferencia la palma del dorso de una mano es mucho más antiguo que las propias extremidades terrestres, ya que apareció cuando los vertebrados aún vivían exclusivamente en el agua.
Una innovación que permitió la evolución de brazos y piernas
La investigación también revela que ese interruptor genético constituye una innovación exclusiva de las aletas pares, como las pectorales y las pélvicas, de las que evolucionaron posteriormente brazos y piernas.
Aunque estas aletas reutilizaron parte de la maquinaria genética de las aletas mediales —como la dorsal de los peces—, el sistema regulador LARM solo controla el desarrollo de las aletas pares.
Este hallazgo indica que el interruptor no fue simplemente reutilizado durante la evolución, sino que apareció específicamente con el origen de los primeros apéndices pares de los vertebrados con mandíbula, un paso decisivo para la aparición de las extremidades que millones de años después permitirían la colonización del medio terrestre.
Un pez confirma en la naturaleza lo que los científicos recrearon en el laboratorio
Uno de los resultados más llamativos del trabajo procede de las lochas de torrente, también conocidas como lochas mariposa, peces de agua dulce adaptados a vivir adheridos a las rocas en ríos de fuerte corriente.
Estas especies presentan de forma natural unas aletas pectorales cuya morfología recuerda sorprendentemente a las aletas de «doble ventral» obtenidas experimentalmente al desactivar el gen Lmx1b.
Al estudiar su ADN, los investigadores comprobaron que precisamente las secuencias reguladoras LARM habían sufrido modificaciones aceleradas en esa región concreta del genoma. En otras palabras, la evolución había actuado sobre el mismo interruptor genético identificado en el laboratorio para producir una adaptación funcional en la naturaleza.
Se trata del primer ejemplo conocido de una variación evolutiva adaptativa en el eje dorso-ventral de las extremidades de los vertebrados.
Un descubrimiento que también ayuda a comprender enfermedades humanas
Además de reconstruir uno de los episodios clave de la evolución de los vertebrados, el estudio aporta información relevante para comprender enfermedades hereditarias como el síndrome de uña-rótula.
Las personas afectadas presentan alteraciones en el gen LMX1B o en las secuencias reguladoras LARM, lo que provoca la pérdida de características propias de la parte dorsal de las extremidades, como las uñas o las rótulas. Comprender cómo funciona este mecanismo genético puede contribuir a explicar el origen de estas alteraciones y abrir nuevas vías para su estudio.
