Un estudio de genómica comparativa de lombrices de tierra y sus parientes marinos liderados por el IBE y en el que ha participado la UAB revela que los gusanos de mar rompieron su genoma en mil pedazos para reconstruirlo de manera radicalmente distinta cuando pisaron tierra firme hace 200 millones de años. El estudio, publicado en Nature Ecology and Evolution, podría desafiar la teoría de Darwin de la evolución, al demostrar que estos gusanos colonizaron la tierra de acuerdo con la evolución por saltos.
El equipo de investigación ha demostrado que los anélidos marinos (los gusanos) reorganizaron su genoma de arriba a abajo, dejándolo irreconocible, al abandonar los océanos y pisar tierra firme. Las observaciones son consistentes con un modelo de equilibrio puntuado, y apuntarían a que cambios abruptos en el genoma – y no solamente graduales – pudieron intervenir en la adaptación de los animales estudiados a ambientes terrestres. El mecanismo genético identificado podría transformar la concepción de la evolución de los animales y sacudir las leyes de la evolución de los genomas que se conocen hasta ahora.
Los gusanos reorganizaron su genoma, dejándolo irreconocible al abandonar los océanos y pisar tierra firme
El equipo ha secuenciado por primera vez el genoma de alta calidad de varias lombrices de tierra y los ha comparado con los de otras especies de anélidos cercanas (sanguijuelas y anélidos marinos, o poliquetos). La ausencia de genomas completos había impedido hasta ahora el estudio de patrones y características a nivel cromosómico para muchas especies, reduciendo la investigación a fenómenos a menor escala.
Después de armar cada uno de los rompecabezas genómicos, el equipo ha conseguido viajar en el tiempo con gran precisión hasta hace más de 200 millones de años, cuando vivieron los ancestros de las especies secuenciadas. «Se trata de un episodio evolutivo esencial para la vida en el planeta, puesto que muchas especies, como los gusanos o los vertebrados, que vivían en el océano, pisaron entonces por primera vez tierra firme», comenta Rosa Fernández, investigadora principal del grupo de Filogenómica y Evolución de Genomas Animales (Metazoa Phylogenomics and Genome Evolution Lab) en el IBE.
El equipo de investigación ha conseguido obtener datos genómicos de hace 200 millones de años
El análisis de estos genomas ha revelado un resultado inesperado: las transformaciones genómicas de los anélidos no sucedieron de forma gradual, como predice la teoría neodarwinista, sino en explosiones puntuales de profunda remodelación genética. «La enorme reorganización de los genomas observada en los gusanos al pasar del océano a tierra firme no puede ser explicada con el mecanismo parsimonioso que propone Darwin; nuestras observaciones resuenan mucho más con la teoría de Gould y Eldredge de la evolución puntuada», añade Fernández.
Un mecanismo genético que aportaría respuestas evolutivas
El equipo internacional ha descubierto que los gusanos de mar rompieron su genoma en mil fragmentos solo para volver a construirlo y continuar evolucionando en tierra firme. Este fenómeno desafía los modelos actuales de evolución del genoma, que muestran que en la mayoría de las especies, desde esponjas y corales hasta mamíferos, las estructura genómicas permanecen notablemente conservadas a lo largo del tiempo. «Todo el genoma de los gusanos de mar se rompió y luego se reorganizó de forma completamente aleatoria en muy poco tiempo en la escala evolutiva», dice Fernández. «Hice que mi equipo repitiera el análisis mil veces, porque no me lo podía creer».
Todo el genoma de los gusanos de mar se rompió y luego se reorganizó de forma completamente aleatoria
Una de las claves de por qué esta drástica alteración no condujo a la extinción puede estar en la estructura tridimensional (3D) del genoma. En este sentido, el grupo liderado por Aurora Ruiz-Herrera aportó su experiencia en arquitectura genómica 3D, el trabajo reveló que los cromosomas de estos gusanos modernos son significativamente más flexibles que los de los vertebrados y otros organismos modelo.
Los investigadores sugieren que estas transformaciones genéticas pudieron ayudar a los gusanos a adaptarse rápidamente a la vida terrestre, reorganizando sus genes para responder mejor a nuevos desafíos, como la respiración o la exposición a la luz solar. El estudio propone también que estos reajustes no solo reubicaron genes, sino que también fusionaron fragmentos antes separados, creando nuevas “quimeras genéticas” que habrían impulsado su evolución. «Podría parecer que este tipo de desorden encerraría la extinción del linaje, pero puede que algunas especies basaran su éxito evolutivo en ese superpoder», comenta Fernández.
Estas transformaciones genéticas pudieron ayudar a los gusanos a adaptarse rápidamente a la vida terrestre
El desorden cromosómico: ¿problema o solución?
El estudio apunta a que conservar la estructura genómica a nivel lineal - es decir, que los genes estén más o menos en el mismo sitio en especies diferentes - quizá no sea tan esencial como se creía. «De hecho, la estabilidad podría ser la excepción y no la regla en los animales, que podrían beneficiarse de un genoma más fluido», comenta Fernández.
Este fenómeno de reorganización extrema genética se había observado anteriormente en la progresión del cáncer en humanos. La única diferencia es que mientras en los gusanos estas roturas y reorganizaciones genómicas son toleradas, en humanos dan lugar a enfermedades. Los resultados de este estudio abren la puerta a comprender mejor la potencia de este radical mecanismo genómico con implicaciones para la salud humana.