A Teoría de Darwin de 1859 propón que as especies evolucionan nun proceso lento e gradual onde se acumulan pequenos cambios xenéticos ao longo do tempo. Con todo, non existen rexistros fósiles que demostren as formas intermedias.
Ante esas ‘páxinas arrincadas’, Stephen Jay Gould e Niles Eldredge propuxeron en 1972 a idea do equilibrio puntuado. Segundo esta teoría, as especies non cambian lentamente, senón que permanecen estables durante millóns de anos e logo, de súpeto, dan saltos evolutivos breves e radicais.
Este modelo explicaría por que o rexistro fósil parece tan ‘silencioso’ entre especies: os grandes cambios ocorrerían de forma abrupta e en poboacións pequenas e illadas, lonxe do radar paleontolóxico. Aínda que algúns fósiles apoian este patrón, a comunidade científica segue dividida.
Agora un equipo de investigación liderado polo Instituto de Bioloxía Evolutiva (IBE), un centro mixto do Consello Superior de Investigacións Científicas (CSIC) e da Universidade Pompeu Fabra (UPF), apunta por primeira vez a un mecanismo de reorganización xenómica rápida e masiva que puido intervir na transición dos animais dos océanos á terra, hai 200 m.a.
O equipo demostrou que os anélidos mariños (os vermes) reorganizaron o seu xenoma de arriba debaixo de forma irrecoñecible, ao abandonar os océanos e pisar terra firme. As observacións son consistentes cun modelo de equilibrio puntuado, e apuntarían a que cambios non soamente graduais no xenoma puideron intervir na adaptación dos animais estudados a ambientes terrestres. O mecanismo xenético identificado podería transformar a nosa concepción da evolución dos animais e sacudir as leis da evolución dos xenomas que se coñecen ata o de agora.
Unha librería de xenomas
O equipo secuenciou, por primeira vez, o xenoma de alta calidade de varias miñocas de terra, e comparounos cos doutras especies de anélidos próximas (sambesugas e anélidos mariños, ou poliquetos). Aínda que se partía sen referencia algunha para as especies estudadas, a precisión foi a mesma coa que se secuencian os xenomas humanos.
Anteriormente, a ausencia de xenomas completos impedira o estudo de patróns e características a nivel cromosómico para moitas especies, o que reducía a investigación a fenómenos a menor escala. Por exemplo, estudos poboacionais nun número reducido de xenes, fronte a cambios macroevolutivos a nivel de xenoma completo.
Agora, o equipo conseguiu armar cada un dos crebacabezas xenómicos das miñocas e viaxar no tempo con gran precisión ata hai máis de 200 m.a, cando viviron os devanceiros das especies secuenciadas.
“Trátase dun episodio evolutivo esencial para a vida no planeta, posto que moitas especies, como os vermes ou os vertebrados, que vivían no océano, pisaron entón por primeira vez terra firme”, comenta Rosa Fernández, investigadora principal do grupo de Filoxenómica e Evolución de Xenomas Animais no IBE.
A análise destes xenomas revelou que as transformacións xenómicas dos anélidos non sucederon de forma gradual, como predí a teoría neodarwinista, senón en explosións puntuais de profunda remodelación xenética.
“A enorme reorganización dos xenomas observada nos vermes ao pasar do océano a terra firme non pode ser explicada co mecanismo parsimonioso que propón Darwin. As nosas observacións resoan moito máis coa teoría de Gould e Eldredge da evolución puntuada”, engade Fernández.
Un cambio radical nos vermes
O equipo descubriu que os vermes de mar romperon o seu xenoma en mil pedazos para volver construílo doutra forma e continuar o seu legado evolutivo na terra. Este fenómeno é contrario a outros modelos de evolución de xenomas. Se observamos case calquera especie —desde unha esponxa ata un coral ou un mamífero—, moitos deles conservan a súa estrutura xenómica case á perfección.
A clave de por que esta rotura tan drástica non resultou en extinción pode estar na estrutura 3D do xenoma. O equipo de Fernández descubriu que os cromosomas destes vermes modernos, as miñocas, son moito máis flexibles que os dos vertebrados e outros organismos modelo. Grazas a esta flexibilidade, é posible que xenes que están en distintas partes do xenoma puidesen cambiar de lugar e funcionar xuntos.
Os grandes cambios no ADN puideron axudar os vermes para adaptarse rapidamente á vida na terra, ao reorganizar os seus xenes para responder mellor a novos desafíos como a respiración ou a exposición á luz solar. O estudo suxire que estes reaxustes non só moveron xenes, senón que tamén uniron fragmentos antes separados, creando novas ‘quimeras xenéticas’ que impulsarían a súa evolución. “Podería parecer que esa desorde encerraría a extinción da liñaxe, pero pode que algunhas especies baseasen o seu éxito evolutivo nese superpoder”, comenta Fernández.
As observacións do estudo son consistentes cun modelo de equilibrio puntuado, no que se observa un estalido de cambios xenómicos nas miñocas nun curto período despois dun longo período de estabilidade. Con todo, a ausencia de datos experimentais que confirmen ou desmintan —neste caso, fósiles de 200 m.a. de antigüidade— dificulta a validación desta teoría.
Desorde cromosómico nas miñocas: problema ou solución?
O estudo apunta a que conservar a estrutura xenómica a nivel lineal (que os xenes estean máis ou menos no mesmo sitio en especies diferentes) quizais non sexa tan esencial como se cría. “De feito, a estabilidade podería ser a excepción e non a regra nos animais, que poderían beneficiarse dun xenoma máis fluído”, comenta Fernández.
Este fenómeno de reorganización extrema xenética observouse anteriormente na progresión do cancro en humanos. Baixo o termo cromoanaxénese agrúpanse varios mecanismos de rotura e reorganización de cromosomas en células cancerosas, onde se aprecian cambios similares aos observados nas miñocas de terra.
A única diferenza é que mentres nos vermes estas roturas e reorganizacións xenómicas son toleradas, en humanos dan lugar a enfermidades. Os resultados deste estudo abren a porta para comprender mellor a potencia deste radical mecanismo xenómico con implicacións para a saúde humana.
O estudo, ademais, axitou un dos debates científicos máis vívidos do noso tempo. “Ambas as visións, a de Darwin e a de Gould, son compatibles e complementarias. Mentres que o neodarwinismo explica á perfección a evolución das poboacións, aínda non conseguiu explicar algúns episodios excepcionais e cruciais da historia da vida na Terra”, apunta a autora.
Algúns exemplos deste fenómeno son a explosión da vida animal nos océanos primeiro, hai máis de 500 millóns de anos, ou a transición da vida dos océanos á terra, hai 200 no caso das miñocas. “Aquí é onde a teoría do equilibrio puntuado podería achegar respostas”, engade a investigadora.
No futuro, unha maior investigación da arquitectura xenómica de invertebrados menos estudados podería lanzar luz sobre os mecanismos xenómicos que vertebran a evolución das especies.
“Hai unha gran diversidade que descoñecemos, escondida nos invertebrados, e o seu estudo podería achegarnos novos descubrimentos inesperados sobre a diversidade e plasticidade da organización xenómica, e levarnos a romper dogmas sobre como cremos que están organizados os xenomas”, conclúe Fernández.
