EL DESARROLLO EMBRIONARIO: DIVERSIDAD DE PATRONES

GUA DE ESTUDIO N1:DESARROLLO EMBRIONARIO Y GENES HOMETICOS Moscas con patas que salen de la cabeza, con antenas que les salen de los ojos, con muchas ms patas de lo normal, dos embriones de anfibios de diferente especie que crecen juntos y unidos

No estamos hablando de monstruos de ciencia-ficcin, sino de algunos de los experimentos que se les ocurren a los investigadores en gentica del desarrollo. En este campo se estn obteniendo en las ltimas dcadas resultados espectaculares y se est arrojando mucha luz sobre el parentesco oculto que une a los grandes grupos de organismos y sobre los procesos que originan los grandes cambios evolutivos. Todo el desarrollo temprano del embrin, tanto en humanos como en moscas de la fruta o gusanos nematodos, est regido por unas pocas familias de genes estrechamente emparentados (cuando no son idnticos), cada una de ellas compuesta tambin por un nmero reducido de genes. Tambin el desarrollo embrionario vegetal est dirigido por un sistema de genes similar, lo que revela que el antecesor comn de animales y plantas ya lo posea, hace probablemente ms de mil millones de aos.La sorprendente diversidad de los patrones corporales de los animales puede explicarse en base a pequeos cambios en la secuencia temporal o en el lugar en que operan los distintos genes de estos sistemas de regulacin. Estos genes actuaran como las piezas de un mecano, que pueden combinarse de muchas formas. Un mismo gen puede ser reclutado para diferentes funciones. Por ejemplo, dependiendo de en qu clula o en qu momento se activa, lo mismo puede ordenar el crecimiento de un ala, que de una antena o una pata.Un ejemplo del poder que las diferentes combinaciones de estas piezas tienen para provocar los grandes cambios evolutivos (difciles de explicar por la teora darwinista de la evolucin, que postulaba pequeas variaciones acumulativas) es el resurgimiento de una sorprendente teora propuesta por el naturalista francs Saint-Hilaire en 1.822, que ha sido considerada durante muchos aos como una extravagancia. Vertebrados y artrpodos (insectos, arcnidos y similares) son tan diferentes que es muy difcil imaginar que compartan algn antecesor comn, pero Saint-Hilaire propuso que uno de estos grupos podra haber derivado del otro por inversin de sus sistemas corporales. Los vertebrados tienen el sistema nervioso en posicin dorsal, el digestivo en medio y el sistema circulatorio en posicin ventral. Los artrpodos tienen los sistemas en posicin invertida. Ahora se ha descubierto que los genes que provocan la diferenciacin en el eje dorso-ventral son los mismos en vertebrados y artrpodos, aunque estn trastocados.Una de estas familias de genes, la de los genes Hox, organiza la diferenciacin a lo largo del eje antero-posterior en los animales con simetra bilateral. Ya en el propio vulo fecundado, determinadas protenas establecen diferencias entre los dos polos de la clula, por medio de una diferencia de concentracin. Conforme se van sucediendo las divisiones celulares, diferentes genes se van activando en cascada a lo largo del eje antero-posterior (incluso estos genes suelen estar situados en secuencia lineal en el cromosoma) para dar su identidad caracterstica a cada segmento del cuerpo.En el embrin en sus primeras etapas se va elaborando un mapa del cuerpo, que poco a poco va siendo cada vez ms detallado. Un gen dice a una zona del cuerpo que va a ser la cabeza, por ejemplo (la activacin de este mismo gen en dos zonas puede generar animales con dos cabezas) y promueve la expresin de los genes que van a dar lugar a estructuras especficas de la cabeza, como un ojo. Es asombroso que el mismo gen dirija el desarrollo del ojo en mamferos, insectos y pulpos, aunque los ojos de estos organismos sean completamente distintos.Por otro lado, algunos de los genes que construyen estructuras homlogas, como los diferentes apndices del cuerpo de un insecto, pueden generar una antena si se activan en la regin de la cabeza o una pata si se activan en el trax, en respuesta a los diferentes ambientes moleculares de cada regin. Los mismos genes Hox tambin actan en las extremidades del cuerpo generando diferencias entre su extremo distal y proximal, que se traducen al final, por ejemplo, en la formacin de la mano en el extremo distal.Mltiples caractersticas de los organismos encuentran una explicacin muy sencilla gracias al conocimiento de estos genes. Hoy se sabe, por ejemplo, que las moscas tienen dos alas en lugar de las cuatro de la mayora de los insectos por la falta de activacin de un nico gen. La evolucin de los organismos, que usualmente se produce por mutaciones de efectos reducidos en genes que se expresan en etapas tardas del desarrollo, puede sufrir espordicamente bruscos acelerones, cuando una mutacin afecta a alguno de los genes maestros y provoca un gran cambio en los patrones de construccin del cuerpo (la inmensa mayora de estas mutaciones sern letales, pero algunas podran generar organismos viables).La gran explosin de diversidad animal del Cmbrico (o del periodo inmediatamente anterior, como se tiende a pensar en la actualidad) seguramente fue propiciada por una gran libertad de los bloques de genes maestros para reorganizarse de formas variadas. Posteriormente, la intensa competencia y el aumento de eficiencia logrado por los animales mejor diseados redujeron las posibilidades de que criaturas caprichosas y estrambticas pudieran prosperar. Adems, conforme los organismos se fueron haciendo ms complicados se restringieron las libertades que podan tomarse en su planificacin sin alterar gravemente el resultado final.Un nio se hace bsicamente de la misma forma que un pez o una cucaracha. Las diferencias finales son el resultado, despus de todo, de que unos pocos genes se activen unos minutos ms tarde o unas dcimas de milmetro ms lejos en los distintos embriones.

El GPS del genoma: los genes Hox y cmo codifican la posicin de una clula en el organismo Todas nuestras clulas comparten el mismo genoma, sin embargo, nuestro cuerpo presenta miles de tipos de clulas diferentes distribuidos en cada uno de nuestros tejidos y rganos. Cmo sabe una clula de un organismo multicelular dnde se encuentra? Gracias a su posicin en los ejes de desarrollo del organismo, que vienen determinados por el estado de los 39 genes Hox que residen en la cromatina de nuestras clulas. Cada uno puede estar en dos estados, activo (ON) o inactivo (OFF), codificando un nmero binario. El resultando son 0,55 billones de posibles posiciones. Qu combinacin de genes Hox determina que un dedo sea ndice, corazn o meique? Las nuevas tcnicas de secuenciacin genmica estn mostrando que la combinacin exacta de genes Hox no es la misma para todas las clulas del dedo, sino que depende del tipo de clula (fibroblastos, clulas endoteliales, clulas musculares, clulas de grasa o de hueso). Las clulas recuerdan tanto su origen (la ubicacin del sitio en el que se desarrollaron) como su posicin final en el cuerpo. Estos mecanismos constituyen una especie de GPS para el genomaEl principio organizador de la diversidad celular en los organismos multicelulares es su posicin anatmica. La posicin de una clula dentro de nuestro organismo y la posicin de los constituyentes de dicha clula dentro de ella determinan su tipo y las funciones que ser capaz de desempear. Poco a poco se est empezando a desentraar el cdigo que almacena la posicin de una clula, los genes que codifican las protenas que las diferencian de otras clulas, gracias a los avances en genmica funcional. En concreto, el papel regulador de los genes Hox y su interaccin con los estados de la cromatina como determinantes de la identidad posicional de cada clula.El genoma es como un dispositivo GPS que codifica la posicin de cada clula en nuestro organismo. Nuestras clulas estn regenerndose continuamente, por lo que el genoma se enfrenta al problema de garantizar el perfecto funcionamiento de esta compleja organizacin durante toda la vida. Los descubrimientos recientes indican que la posicin de la clula se determina en funcin de los ejes de desarrollo del animal, por ejemplo, los ejes antero-posterior (que va de la cabeza a la cola) y proximal-distal (cerca o lejos del tronco, en direccin a las extremidades y otros apndices del cuerpo). La posicin a lo largo de estos ejes es determinada por los genes Hox (u hometicos). Estos genes codifican factores que controlan la morfognesis del cuerpo durante el desarrollo embrionario. Todava no se ha descifrado cules son todos estos ejes y qu representa exactamente cada gen Hox. Se esperan grandes avances en su comprensin en los prximos aos.El GPS (Sistema de Posicionamiento Global) es la tecnologa que nos permite fijar a escala mundial la posicin de un objeto, una persona, un vehculo o una nave con una precisin casi milimtrica, a cualquier hora y desde cualquier lugar.

Para conseguirlo, el receptor se comunica con una constelacin de 24 satlites a unos 20.200 km y 5 estaciones repartidas en toda la superficie terrestre, de los que reciben datos de posicin y hora.

De esta manera en la pantalla dibuja un mapa con el sitio exacto del objeto indicando calles, rutas, ros y accidentes geogrficos del terreno a todo color.Los navegadores son aparatos parecidos a un reproductor de mp4, pero cargados con cartografa digital que les permite descifrar los datos del satlite y dibujar los mapas, marinos o terrestres.Algunos ofrecen guiado de voz, que dan instrucciones al conductor sobre los movimientos que deben hacer para seguir la ruta correcta, las rutas alternativas, limitaciones de velocidad, etc. fijando la atencin del conductor. No solo tiene aplicaciones para el automvil, los GPS tambin son utilizados para localizar mascotas, nios, lanchas, barcos y celulares

Se puede tambin exportar los datos proporcionados por el GPS a una PC para hacer los clculos necesarios mediante software especficos.ACTIVIDAD1. Que son los genes homticos?2.Qu importancia tienen los genes homoticos para las especies3 Qu relacin existe entre genes homoticos y evolucin4 A qu se debe que nuestras clulas sean distintas fenotpicamente5. Por qu se compara a los genes con e GPS?6. Qu relacin tiene el experimento de Ian Wilmut?

Resumen de contenidos:

1. Desarrollo embrionario2. genes hometicosHabilidades a desarrollar:

informarse y debatir acerca de datos cientficos; distinguir hiptesis, hechos y controversias cientficas; utilizar terminologa cientfica; aplicar conocimiento cientfico; desarrollar la capacidad de trabajo en equipo.