¿Cuál es el origen de las patas en los vertebrados? Parece una pregunta sencillita, de colegio; pero apenas ahora estamos terminando de descifrarla. Un equipo del Centro Andaluz de Biología al Desarrollo y la Universidad de Chicago  ha dirigido un trabajo que identifica el origen evolutivo de las extremidades: la aleta dorsal de los peces. A través de la técnica CRISPR, han constatado la conservación evolutiva de la función del gen Sonic Hedgehog (Shh) en las extremidades de todos los vertebrados. Además, los científicos han hallado el papel fundamental de una parte del ADN, el elemento regulador ZRS, tanto en la formación de las aletas pares como en el desarrollo de la aleta dorsal.

PikaiaEl animal original del que se originaron todos los vertebrados terrestres era un bicho parecido a unos filetes de anchoa que nadaba alegremente por los mares dominados por los artrópodos hace 500 millones de años. Era un cordado; un gusano que había creado en su interior un tubo -el notocordio– flexible pero rígido, que protegía un cordón de nervios y servía de apoyo a los grupos musculares para nadar. Pikaia tal vez sea una muestra de algo como lo que estamos hablando, aunque no está claro: es más antiguo (530 millones de años) y el fósil es apenas una mancha en la roca.

Una estructura que viene asociada a los metámeros son los apéndices. Con su formación controlada por una secuencia específica de algunos genes*, estas extensiones podían formar muchas cosas: laminillas branquiales para respirar, laminillas duras para morder, patas para andar o coger cosas. Todo es cuestión de jugar con el código de esos genes. Un ejemplo es el de los artrópodos, que tienen baterías de patas especializadas, como puede verse en una gamba.

Si la pata artrópoda tenía su origen en un pequeño fichero de genes que también compartía Pikaia, ¿por qué nosotros no tenemos también una fila de patitas en cada segmento? Por fuera, nuestro aspecto ha camuflado esta segmentación: Pikaia parecía un filete de anchoa, pero las anchoas modernas lo disimulan muy bien y parece que su cuerpo sólo llevara tres partes: cabeza, cuerpo y cola. Algunos segmentos se han fusionado entre sí, otros se atrofian o desarrollan.

En algún momento de la historia, las piezas que sostenían los arcos branquiales (con los que el gusano respiraba) se habían deformado para crear una mandíbula que, pegada al cráneo, era un arma de caza magnífica. Sí, al principio la cabeza no servía para pensar sino para morder. Del cráneo sale también la cintura escapular, es decir, las estructuras que forman las aletas delanteras.Hemicyclaspis

Los peces primitivos no tenían cuello: cabeza y aletas delanteras formaban un conjunto sólido, como vemos en esta foto de Hemicyclaspis. Estas aletas delanteras se fueron separando y de los huesos que forman los radios se forman los que ahora componen el esqueleto de nuestras manos y patas delanteras. ¿Y las traseras?

Curioso, el origen de la cintura pélvica es diferente. Las aletas pelvianas son más pequeñas en cualquier pez, y su función original no era nadar precisamente. Eran penes. Esto todavía se ve en los tiburones actuales. Los radios óseos originados en el tejido endocondrial para dar rigidez a estas aletas-penes son los que formaron a la larga las caderas, los fémures y lo que son nuestras piernas y pies.

8 Toed Red Maine Coon Polydactyl Kitten.pngLo que ahora se ha demostrado es que esta serie de genes Shh controlan la formación de todos los apéndices: un pez mutante con este gen “silenciado” pierde no solo las aletas pares, sino también la dorsal. Aparte del interés puramente documental, el estudio de estos genes podría dar soluciones médicas a malformaciones como la polidactilia.

Genetic analysis uncovers the evolutionary origin of vertebrate limbs, en Phys.org

genes homeóticos, casi todos del grupo HOX. Esta “biblioteca” de genes formadores de estructuras probablemente se remonta al Cámbrico inferior (540 millones de años, algo antes que Pikaia) y es responsable de la diversidad morfológica de toda la vida animal.

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