4 de març de 2011

La explosió càmbrica

De Wikipedia
Havíem quedat, arran de la cita de Richard Dawkins a l'apunt l'origen de les espècies, que ens calia saber alguna cosa sobre segmentació i gens Hox per entendre el gran salt en la evolució de les espècies.

Urbilateri.
Un dels invents crucials de la evolució va ser la simetria bilateral. Els animals que tenen aquesta característica s'anomenen bilateris, i la seva aparició a la Terra (de fet, al mar) va donar lloc a la famosa explosió càmbrica. Al marge dels bilateris quedarien els animals sense cap classe de simetria (com les esponges) i els de simetria radial (com les hidres o les meduses). No hi ha rastre de l'hipotètic (però molt probable) avantpassat comú de tots els bilateris, però això no ha impedit als biòlegs donar-li un nom, Urbilateri, i definir-ne els trets característics a partir dels de els seus descendents: embrió de tres capes (triblàstic), pla de simetria esquerra/dreta, eixos anterior-posterior i ventral-dorsal, tub intestinal, sistema nerviós central, ulls (o fotoreceptors) i cos segmentat. Això, fa 550 milions d'anys, va ser com passar del carro de cavalls al motor de combustió interna. D'aquí que la expressió "explosió càmbrica" no sigui en absolut exagerada; en uns 10 milions d'anys (un =0,3% de la història de la vida a la Terra) va sorgir la gran majoria dels grans grups (phyla) de animals vius en l'actualitat.

Del llibre de Sampedro
 
La majoria dels grups no vol dir, òbviament, la majoria de les espècies. Per exemple, el gènere Homo va aparèixer fa tan sols 2,3 milions d'anys (i l'especie Homo sapiens amb prou feines 200.000), però el fílum dels cordats, al qual pertanyem, hauria aparegut fa uns 530 milions d'anys. El cladograma de la dreta, elaborat per Conway Morris a partir de la síntesi entre evidències paleontològiques i comparacions de DNA, en dona una idea.

Segmentació.
Una característica comuna a tots aquests animals és que estan fets a base de repetir i/o modificar estructures, la unitat bàsica de les quals és el segment. Per exemple, cada una de les nostres vèrtebres, amb els nervis i les costelles corresponents, o cada un dels anells dels cucs, és un segment. Els segments no son sempre tan evidents, però no per això deixen de estar presents en la construcció de les demés parts del cos; el propi cervell o el cerebel, per exemple, estan també segmentats. Doncs bé, tal com ens deia Dawkins, a base de copiar, multiplicar (metamerització), fondre (tagmosi), modificar o eliminar segments, és va produir la diversificació d'on partirien els grans grups i, pel mateix procediment, tota la especiació subsegüent. Els segments ens proporcionen una espècie de arquitectura o Lego, però ¿qui diu on comença i acaba cada peça?

De aquí
Gens Hox.
Els gens Hox son un grup de gens reguladors que controlen el ritme temporal i espacial del desenvolupament embrionari. Tots els gens tenen una part codificadora, que és la que és tradueix a proteïna, i una reguladora. La part reguladora interactua amb proteïnes que li diuen, a la seva vegada, quan s'ha de activar o reprimir. És a dir, es munten unes cascades de comandament jeràrquiques, de manera que l'efecte final dels gens —el fenotip— pot dependre d'una xarxa molt complexe de gens. Doncs bé, els gens Hox son, en el cas de la construcció de les estructures, els que estan al cap d'amunt de la cascada. I aquí ve la cosa més extraordinària i sorprenent: el conjunt de gens Hox son homòlegs, i en mols casos idèntics, en animals tant diferents com les mosques, els humans o els ratolins. Un exemple paradigmàtic podria ser el del gen Pax6, responsable de la construcció de l'ull. La mutació o absència de aquest gen és causa de ceguesa en qualsevol de les espècies esmentades, però un gen sa de mosca, genera un ull funcional en un ratolí, i viceversa. I la segona cosa sorprenent: amb els gens intercanviats, la mosca continua tenint ulls de mosca i el ratolí de ratolí. (No com a la pel·lícula "The fly"). En un apunt del Centpeus podem veure com va anar la història del descobriment d'aquests gens.

La pregunta inevitable que ve a continuació és: Si els gens Hox son els mateixos, ¿què fa que les espècies siguin diferents les unes de les altres? En primer lloc cal dir que els gens Hox tenen un origen comú però s'han anat diversificant en nombre i funcions, com les pròpies espècies (de fet tot plegat és com una gran família russa). Un remot avantpassat va inventar un gen Hox que en una mutació es va duplicar, la Hidra ja en tenia tres, i Urbilateria entre 7 i 9. Aquests es van expandir a una "fila" de 13 i la fila es va multiplicar dues vegades, resultant en les 4 files A, B, C i D que tenen els vertebrats. En cada mutació alguns gens adquirien noves funcions, altres les conservaven i altres les perdien. En segon lloc hem de concloure que, si bé els gens Hox organitzen la estructura de l'animal, son mols altres gens, que estan corrent avall de la cascada (downstream gens) els que construeixen els òrgans en cada cas: ulls de mosca o ulls de ratolí.

Referències:

"Decostruyendo a Darwin". Javier Sampedro, Drakontos-2002.
"Hox genes and animal body plans". © 2009 Christ's College, Cambridge.
"Hox Genesis". Bloc de AZ Myers.
"Biología evolutiva del desarrollo". Wikipedia.
"Hox Gene". Wikipedia.
I un cop a Wikipedia, aneu picant enllaços fins que us canseu.

11 comentaris:

  1. Una inesperada classe de bilogia, o "nunca te acostarás sin saber una cosa más" :)

    ResponElimina
  2. Per cert, Brian, tot això que expliques, com ho aplicaries als píxels?

    ResponElimina
  3. Pix,
    ¿Has sentit a parlar de la lògica difusa o fuzzy?

    Jo diria que el pixelat és a la imatge com la lògica difusa a la lògica kantiana :)

    ResponElimina
  4. Tot això que expliques va ser una de les parts que més em va apassionar de "El cuento del antepasado" de Dawkins.

    I un (fals) evolucionisme en el tema dels apunts, perquè em consta que es van idear independentment: abans d'ahir en Lluís Bosch parlava de la utilitat inesperada de la seva mà esquerra, ahir jo escrivia sobre el fet de ser esquerrà i avui tu menciones el gran invent que és la simetria bilateral.

    ResponElimina
  5. Explosió càmbrica: recent augment espectacular en el nombre de places hoteleres a la ciutat de Barcelona (del Disseccionari).

    ResponElimina
  6. simetria bilateral...perque tenim alguns organs duplicats? per sobreviure?

    ResponElimina
  7. Allau,
    Una vegada vaig tindre una discussió per Internet amb un biòleg, curiosament molt jove, furibund partidari de la influència de l'entorn i en contra de l'herència. Segons ell, el fet de que la meitat dels meus fills i les meves nebodes siguin esquerrans, i jo mateix ho fos, tot i que reprimit, era una qüestió d'hàbit i no genètica. Era un cas de progressisme ingenu i mal entès: no volia acceptar que naixem amb diferencies congènites perquè anava en contra del seu concepte de igualtat.

    ResponElimina
  8. Aris,
    La pregunta correcte seria a la inversa: ¿tindre alguns òrgans duplicats, ens ha ajudat a sobreviure?

    ResponElimina
  9. Els del Tea Party, sector creacionista, què deuen tenir duplicat? Són previs al gènere homo?

    ResponElimina
  10. Un dels llibres amb els que més he xalat ha estat "La vida maravillosa" d'en Jay Gould, sobre el registre fòssil del Càmbric a Burgess Shale. Passar del concepte d'evolució lineal a l'arbust i parlar més de "delmació" que no pas d'evolució, van ser impactes importants. Te n'adones que sempre hi ha un més enllà, increïblement atractiu i gratificant, de tot el que ens solen entaforar la majoria dels nostres formadors.

    ResponElimina
  11. Tirant,
    Em temo que els del Tea Party (o el Cazalla Party) pertanyen a la mateixa espècie nostra: no està escrit en lloc que la evolució signifiqui cap avenç intel·lectual.

    Clídice,
    Només dos mesos abans de morir, Gould va publicar "The Structure Of Evolutionary Theory", una obra de més de 1400 pàgines en la que, conscient de que era el seu legat intel·lectual, va posar al dia la seva teoria de forma acurada i extensiva. Va ser una llàstima que la mort li arrabasses el plaer de veure les seves intuïcions confirmades per les darreres investigacions en el camp de la biologia evolutiva del desenvolupament.

    ResponElimina