Un estudi de genòmica comparativa de cucs de terra i els seus parents marins liderats per l'IBE i en què ha participat la UAB revela que els cucs de mar van trencar el seu genoma en mil trossos per reconstruir-lo de manera radicalment diferent quan van trepitjar terra ferma fa 200 milions d'anys. L'estudi, publicat en Nature Ecology and Evolution, podria desafiar la teoria de Darwin de l'evolució, en demostrar que aquests cucs van colonitzar la terra d'acord amb l'evolució per salts.
L'equip d'investigació ha demostrat que els anèl·lids marins (els cucs) van reorganitzar el seu genoma de dalt a baix, deixant-lo irreconeixible, en abandonar els oceans i trepitjar terra ferma. Les observacions són consistents amb un model d'equilibri puntuat, i apuntarien que canvis abruptes en el genoma – i no només graduals – van poder intervenir en l'adaptació dels animals estudiats a ambients terrestres. El mecanisme genètic identificat podria transformar la concepció de l'evolució dels animals i sacsejar les lleis de l'evolució dels genomes que es coneixen fins ara.
Els cucs van reorganitzar el seu genoma, deixant-lo irreconeixible en abandonar els oceans i trepitjar terra ferma
L'equip ha seqüenciat per primera vegada el genoma d'alta qualitat de diversos cucs de terra i els ha comparat amb els d'altres espècies d'anèl·lids properes (sangoneres i anèl·lids marins, o poliquets). L'absència de genomes complets havia impedit fins ara l'estudi de patrons i característiques a nivell cromosòmic per a moltes espècies, reduint la investigació a fenòmens a menor escala.
Després d'armar cada un dels trencaclosques genòmics, l'equip ha aconseguit viatjar en el temps amb gran precisió fins fa més de 200 milions d'anys, quan van viure els avantpassats de les espècies seqüenciades. «Es tracta d'un episodi evolutiu essencial per a la vida al planeta, ja que moltes espècies, com els cucs o els vertebrats, que vivien a l'oceà, van trepitjar llavors per primera vegada terra ferma», comenta Rosa Fernández, investigadora principal del grup de Filogenómica i Evolució de Genomes Animals (Metazoa Phylogenomics and Genome Evolution Lab) en l'IBE.
L'equip d'investigació ha aconseguit obtenir dades genòmiques de fa 200 milions d'anys
L'anàlisi d'aquests genomes ha revelat un resultat inesperat: les transformacions genòmiques dels anèl·lids no van succeir de forma gradual, com prediu la teoria neodarwinista, sinó en explosions puntuals de profunda remodelació genètica. «L'enorme reorganització dels genomes vista en els cucs en passar de l'oceà a terra ferma no pot ser explicada amb el mecanisme parsimoniós que proposa Darwin; les nostres observacions ressonen molt més amb la teoria de Gould i Eldredge de l'evolució puntuada», afegeix Fernández.
Un mecanisme genètic que aportaria respostes evolutives
L'equip internacional ha descobert que els cucs de mar van trencar el seu genoma en mil fragments només per tornar a construir-lo i continuar evolucionant a terra ferma. Aquest fenomen desafia els models actuals d'evolució del genoma, que mostren que en la majoria de les espècies, des d'esponges i corals fins a mamífers, les estructura genòmiques estan notablement conservades al llarg del temps. «Tot el genoma dels cucs de mar es va trencar i després es va reorganitzar de forma completament aleatòria en molt poc temps en l'escala evolutiva», diu Fernández. «Vaig fer que el meu equip repetís l'anàlisi mil vegades, perquè no m'ho podia creure.»
Tot el genoma dels cucs de mar es va trencar i després es va reorganitzar de forma completament aleatòria
Una de les claus de per què aquesta dràstica alteració no va conduir a l'extinció pot estar en l'estructura tridimensional (3D) del genoma. En aquest sentit, el grup liderat per Aurora Ruiz-Herrera va aportar la seva experiència en arquitectura genòmica 3D, la feina va revelar que els cromosomes d'aquests cucs moderns són significativament més flexibles que els dels vertebrats i altres organismes model.
Els investigadors suggereixen que aquestes transformacions genètiques van poder ajudar els cucs a adaptar-se ràpidament a la vida terrestre, reorganitzant els seus gens per respondre millor a nous desafiaments, com la respiració o l'exposició a la llum solar. L'estudi proposa també que aquests reajustaments no només van ressituar gens, sinó que també van fusionar fragments abans separats, creant noves “quimeres genètiques” que haurien impulsat la seva evolució. «Podria semblar que aquest tipus de desordre tancaria l'extinció del llinatge, però pot ser que algunes espècies basessin el seu èxit evolutiu en aquell superpoder», comenta Fernández.
Aquestes transformacions genètiques van poder ajudar els cucs a adaptar-se ràpidament a la vida terrestre
El desordre cromosòmic: problema o solució?
L'estudi apunta que conservar l'estructura genòmica a escala lineal - és a dir, que els gens siguin més o menys al mateix lloc en espècies diferents - potser no és tan essencial com es creia. «De fet, l'estabilitat podria ser l'excepció i no la regla en els animals, que podrien beneficiar-se d'un genoma més fluid,» comenta Fernández.
Aquest fenomen de reorganització extrema genètica s'havia observat anteriorment en la progressió del càncer en humans. L'única diferència és que mentre en els cucs aquests trencaments i reorganitzacions genòmiques són tolerats, en humans donen lloc a malalties. Els resultats d'aquest estudi obren la porta a comprendre millor la potència d'aquest radical mecanisme genòmic amb implicacions per a la salut humana.