Hace 150 millones de años (periodo cretácico) las “serpientes” no lucían como ahora. Tenían patas y eran más parecidas a las lagartijas. Pero ¿cuál fue la causa de la pérdida de esas extremidades? La respuesta parece estar en pequeñas mutaciones que sufrieron los antepasados de las actuales serpientes y les permitieron evolucionar a su estado actual.
La evolución de las serpientes
Actualmente existen unas 3.500 especies descriptas de serpientes, pero hay muchos claroscuros acerca de su evolución. Al respecto existen dos teorías: una que sostiene su procedencia de lagartos marinos y otra de lagartos terrestres. Los fósiles encontrados hasta el momento sostienen, en parte, ambas teorías. Uno de ellos, hallado en Brasil, presenta cuatro patas bien desarrolladas y otro, descubierto en la Patagonia argentina tiene dos extremidades inferiores. Vestigios de éstas se encuentran en las serpientes actuales menos evolucionadas, como la boa o la pitón; son conocidos como espolones anales y sirven para la cópula.
Boa. Créditos Anup Shah/Flikr.
Las extremidades en los vertebrados
Las serpientes pertenecen al grupo de los reptiles, uno de los cinco (mamíferos, aves, peces y anfibios son los otros cuatro) que forman los vertebrados. En estos, un grupo de genes llamados Hox, definen el desarrollo de los diferentes segmentos del cuerpo, controlando el desarrollo del eje anteroposterior. Codifican proteínas reguladoras génicas (factores de transcripción) que pueden unirse a secuencias específicas de ADN (potenciadores o “enhancers”) y así activar la expresión de ciertos genes.
En algunas regiones del mesodermo; una de las tres capas germinales del embrión precursora del tejido conectivo, sangre, esqueleto. gónadas y riñones, existe un bloque de células denominado “Zona de Actividad Polarizante” (ZPA por sus siglas en inglés zone of polarizing activity) que dirige y establece la polaridad anteroposterior o cabeza-cola de la extremidad. En esa zona se expresa el gen Sonic Hedgehog (Shh) que actúa dirigido por dos genes Hox, uno que lo activa y el otro que le dice que solo puede actuar en la región posterior del esbozo de la extremidad. Sin embargo, parte de la regulación de Shh está dirigida también por la “Cresta Ectodérmica Apical” (AER por sus siglas en inglés apical ectodermal ridge), que secreta factores de crecimiento de fibroblastos para aumentar la actividad mitótica.
Los potenciadores de los genes
Un “enhancer” o potenciador es una región de ADN reguladora que estimula la transcripción de otro gen. A ella se le unen proteínas (activadores) que permiten estimular la transcripción del gen blanco. La secuencia ZRS o MFCS1 es un potenciador del gen Shh y se encuentra a una distancia de un millón de pares de bases de su promotor (secuencia necesaria para comenzar la transcripción del gen). Se ha observado que pequeñas mutaciones en ZRS causan malformaciones, como por ejemplo polidactilia (afección en la cual un vertebrado tiene más dedos de los correspondientes en las extremidades), en muchas especies de vertebrados, incluida la humana.
Esquema de un “enhancer” para un gen hipotético y su secuencia promotora (sitio donde se unen los factores de transcripción (FT) y la ARN polimerasa II responsable de la transcripción de la mayoría de los genes eucariotas). Sin importar la distancia a la que se encuentre el potenciador, los bucles del ADN permiten que las proteínas (activadoras) interactúen con los FT que se ensamblan en el promotor para estimular la expresión del gen, afectando la velocidad de iniciación de la transcripción. Adaptado de cellularphysiology.wikispaces.com
La escala evolutiva de las serpientes
Cobra. Créditos: Soli / Flikr.
Las serpientes menos evolucionadas, como la boa o la pitón, tienen rudimentos de extremidades posteriores; los cuales se han perdido totalmente en serpientes más evolucionadas como la cobra. La secuencia del potenciador ZRS de las primeras es más parecida a la de sus parientes con patas, las lagartijas, que a la de otras serpientes más evolucionadas.
Un análisis detallado de la secuencia ZRS de distintas especies de serpientes muestra una deleción (pérdida de ADN) de 17 pares de bases con respecto a otros vertebrados terrestres que tienen dos pares de extremidades. Esta pérdida de bases afecta la unión de los factores de transcripción y por lo tanto la expresión de Shh. En pitones, esta mutación hace que la transcripción de Shh sea débil y transitoria, interrumpiéndose así el desarrollo de las extremidades posteriores.
Sin embargo, en las serpientes más evolucionadas ocurrieron otros pequeños cambios, posiblemente relacionados con los genes Hox, que indujeron a la pérdida completa de las patas.
Adaptado de Leal & Cohn (2016).
Las ventajas adaptativas de no tener patas
Algunos expertos opinan que la pérdida de las patas otorgó a las serpientes una ventaja única para cazar desde la madriguera, ya que pueden moverse con rapidez entre las rocas, introducirse en grietas, trepar árboles y nadar ágilmente.
Estas habilidades dependen de la combinación de tres factores: flexibilidad de la espina dorsal, fuerte musculatura y la presencia de escamas en la parte inferior del cuerpo.
Las 200-400 vértebras de su espina dorsal están unidas, cada una, a un par de costillas y funcionan como patas, ya que terminan en fuertes músculos conectados a las escamas. Éstas se fijan al suelo, mientras los músculos impulsan el cuerpo hacia adelante.
Bibliografía consultada:
-Apesteguía, S. (2007) Lepidosaurios en movimiento: de los lagartos a las serpientes. Investigación y Ciencia, Agosto 2007: 55-61.
-Kvon, E.Z.; O.K. Kamneva, U.S. Melo, I. Barozzi, M. Osterwalder, B.J. Mannion, V. Tissieres, C.S. Pickle, I. Plajzer-Frick, E.A. Lee, M. Kato, T.H. Garvin, J.A. Akiyama, V. Afzal, J. López-Ríos, E.M. Rubin, D.E. Dickel, L.A. Pennacchio and A. Visel (2016) Progressive Loss of Function in a Limb Enhancer during Snake Evolution. Cell 167(3): 633-642.
-Leal, F. and M.J. Cohn (2016) Loss and Re-emergence of Legs in Snakes by Modular Evolution of Sonic hedgehog and HOXD Enhancers. Current Biology 21: 2966-2973.
-Scanfrela, A. (2016) Serpientes fósiles sudamericanas: piezas clave para comprender la evolución del grupo. XXX Jornadas Argentinas de Paleontología de Vertebrados 6: 21-28.
Ingeniera agrónoma, mejoradora de plantas y apasionada por la ciencia. Trabajando siempre por acercar la ciencia a los más jóvenes.—
@fabibiotec
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