Roedores tuneados

La evolución de las especies y las relaciones de parentesco entre unas y otras se basa sobre todo en el estudio de los caracteres morfológicos. Como las muelas son uno de los elementos del esqueleto de los mamíferos que mejor fosilizan, y además su morfología refleja el tipo de dieta, son la herramienta que más utilizamos los paleontólogos para desentrañar la historia natural y evolución de las especies y su filogenia.

La semana pasada, un equipo de biólogos, paleontólogos y médicos, encabezados por  Enni Harjunmaa, de la Universidad de Helsinki, han publicado en la revista Nature los sorprendentes resultados de un trabajo emprendido hace cerca de dos décadas por Jukka Jernvall (Harjunmaa et al., 2014). Regulando los genes que controlan la forma de los molares en formación, se pueden “rehacer” muelas del pasado “in Vitro”. Las estructuras así reconstruidas son semejantes a las de los dientes de los mamíferos fósiles ancestros de los roedores actuales. El experimento es como un “tuneado” de los dientes por la aplicación de diferentes dosis de EDA a los embriones de los ratones en desarrollo.

Los mamíferos marsupiales y placentados que aparecieron en la era Secundaria o Mesozoica tenían molares tribosfénicos, con tres cúspides (las puntas elevadas de las muelas) en forma de triángulo, el trígono en las muelas superiores, trigónido en las interiores, para cortar la comida y un talón posterior para molerla. Los roedores actuales, tienen el mismo patrón aunque con las variaciones y modificaciones propias de cada grupo dice Zhe-Xi Luo, quien hace una reflexión, en la misma revista Nature, sobre las extraordinarias consecuencias que tendrá el trabajo de Harjunmaa y colaboradores en el conocimiento de la evolución de las especies (Luo 2014). 

Harjunmaa y colaboradores han descubierto que los fenotipos intermedios (el fenotipo es la expresión externa del genotipo) se forman añadiendo “in vitro” una proteína llamada Eda gradualmente a los embriones deficientes en la misma. EDA afecta al gen responsable de la formación de los dientes. Diferentes dosis de EDA alteran la morfogénesis, es decir, la formación de las cúspides de las muelas a medida que se van desarrollando en el embrión, y el proceso es similar a las transformaciones dentales que ocurren durante la evolución de los ancestros de los mamíferos. Por ejemplo el trigónido se regenera con poca EDA, mientras que el talónido (el talón en las muelas inferiores), que evoluciona posteriormente, requiere una mayor cantidad.

Los autores han observado también, que las crestas, un carácter que apareció en las muelas de los roedores de hace 60 millones de años, se consigue en los embriones del experimento, alterando la concentración de otra proteína que regula el gen de crestas y cúspides de las muelas. Otros experimentos con ratones transgénicos muestran también la evolución de los ratones fósiles, y especialmente la aparición de las crestas (estefanodoncia) desde el Mioceno, hace unos 15 millones de años, (Gomes Rodrigues y colaboradores, 2013). Quizás lo más interesante del trabajo es que podremos saber en el futuro cuáles son los caracteres de más reciente adquisición y cuáles los más antiguos.  

 El dibujo de la noticia hecho por Luo en su reseña de Nature, representa la “reconstrucción” de la evolución de los dientes in vitro. En a, cuando los mamíferos evolucionan, sus molares se vuelven más complejos (en la mandíbula del dibujo un molar ha sido pintado de gris para distinguirlo del resto de los molares. Los trigónidos están coloreados de gris oscuro, los talónidos en gris claro, los hipoconúlidos en azul, y los anterocónidos en amarillo. Como muestra el cladograma, el trigonido (trigonid en el dibujo) es el carácter común de todos los mamíferos, y al trigónido se van añadiendo el resto de los caracteres. Los anterocónidos (amarillos) son un carácter convergente que aparece en los primitivos pseudo-tribosfénicos y en la región anterior del ratón común o doméstico.  En b los caracteres convergentes y los más modernos, son los más variables al tratar los embriones con  EDA. Diferentes dosis de la proteína alteran la morfología y génesis de los dientes de forma similar como ha sucedido en la evolución. Se requiere menor cantidad de EDA para regenerar el trigónido, la primera estructura del molar tribosfénico en aparecer.

Como comenta Luo en su reflexión final: la ingeniería genética en procesos de desarrollo embrionario in vitro es una manera fructífera de descifrar cómo la forma de los órganos u otras estructuras biológicas se modificaron por la evolución. Y la reflexión que hacemos nosotros, tenemos la oportunidad de ver la evolución en acción, ya que podemos observar procesos que ocurrieron en el pasado en el laboratorio. Se reafirma así la observación de la ontogenia recapitula la filogenia, propuesta por Haeckel en 1866 (en Gould, 1977).

Para más información consultar los artículos originales publicados en la revista Nature, la pasada semana de agosto de 2014 y otros relacionados: 

Luo, Zhe-Xi. 2014. Tooth structure re-engineered. Nature, 5 1 2, 36-37. 

Gomes Rodrigues, H., Renaud, S., Charles, C…et al., 2013. Roles of dental development and adaptation in rodent evolution. NATURE COMMUNICATIONS, 4: 2504, 1-8.

Gould, S. J. 1977. Ontogeny and Phylogeny. 501 pp, Belknap.

Harjunmaa, E., Seidel, K., Hakkinen T, Renvoise E….& Jernvall, J. 2014. Replaying evolutionary transitions from the dental fossil record. Nature, 512, 44-48 (1-10 methods).