El origen de las alas en los insectos

Un equipo de científicos liderado por Isabel Almudí y Fernando Casares del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), la Universidad Pablo de Olavide y la Junta de Andalucía ha concluido que las branquias de ciertos insectos acuáticos son el órgano que comparte un mayor número de genes con las alas de los insectos. El hallazgo, realizado en una especie de efímera, que junto a las libélulas, pertenece al grupo de insectos alados más antiguo, resulta clave para descifrar una pregunta largamente planteada en la biología evolutiva: ¿cómo aparecieron las alas en insectos? La investigación ha sido publicada en el último número de Nature Communications.

Las efímeras se encuentran entre los primeros insectos alados que aparecen en el registro fósil. Foto: De Agostini Picture Library/Universal Images Group

En el estudio también han participado investigadores de otras instituciones españolas como el Departamento de Genética de la Universitat de Barcelona, el Institut de Biología Evolutiva (IBE-CSIC), el Centro de Regulación Genómica (CRG) y el Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG-CRG) y otros grupos de investigación en cinco países.

Los insectos alados son el grupo de animales más diverso, con un mayor número de especies, de los que actualmente habitan el planeta Tierra. Su aparición hace más de 320 millones de años, en el Carbonífero, supuso una total revolución en los ecosistemas terrestres. Pese a su gran importancia, aún no se han hallado respuestas a cómo se produjo su rápida diversificación o cuáles fueron los cambios ocurridos en los genomas de los insectos ancestrales que les dieron origen.

En la subclase Pterygota, es decir, la del linaje de los insectos alados, se han investigado aún un bajo número de genomas. No obstante, se sabe que uno de los órdenes de esta subclase, el orden Ephemeroptera, más conocidos por el nombre de efímeras, a pesar de haber divergido tempranamente en su filogenia del resto de los insectos alados, sus ancestros se encuentran entre los primeros insectos alados que aparecen en el registro fósil. En ese sentido, el estudio de estas especies resulta esencial para conocer el origen de las alas.

Explica el equipo de investigación que para el estudio se secuenció el genoma de una especie de efímeras, Cloeon dipterum, y se observó cómo sus genes se expresaban de forma distinta en función de la fase del ciclo de vida en el que se encontraba: durante los estadios acuáticos (juveniles), los genes tenían predominantemente un papel en la quimio-percepción o percepción de ‘olores’, mientras que durante la fase adulta, los genes que se expresaban mayoritariamente eran los relacionados con la visión. Para Almudí y Casares, “esto sugiere que la forma de percibir el medio externo es completamente distinta en las distintas fases vitales y que esta especie ha podido adaptarse a tan diversos ambientes mediante cambios en su genoma. Además, investigando en detalle cómo estas moléculas que perciben las señales químicas se expresan en las ninfas, hemos descubierto que muchas de ellas se encuentran en las branquias, que son órganos localizados en el abdomen de las ninfas y que habían sido consideradas como su principal órgano respiratorio”.

También en la investigación se estudió si la expresión génica en ciertos tejidos se mantiene en diferentes especies de insectos alados, es decir, si los genes que se expresan en el cerebro de una efímera, por ejemplo, son los mismos que se expresan en el cerebro de una mosca. El equipo confirmó una importante conservación de los genes que se expresan en las alas de efímera y de mosca, y además observaron que varios de estos genes tenían un papel en el desarrollo de las alas. “Comparamos la expresión génica en distintos órganos de la efímera y comprobamos que el órgano que comparte un mayor número de genes expresados con las alas, son las branquias, implicando programas genéticos compartidos y sugiriendo un origen común”, concluyeron los investigadores.