Les papallones i les paneroles experimenten la metamorfosi, un procés que les catapulta cap a l'edat adulta mitjançant una sèrie de canvis morfològics. L'eruga de la papallona, però, es transforma en un bell insecte volador, mentre la panerola gairebé no canvia. Ambdós tipus de metamorfosi guarden secrets per a la comunitat científica, però avui estem més a prop de descobrir-los.
Un estudi publicat per la revista científica PNAS i liderat per Xavier Bellés, investigador principal a l'Institut de Biologia Evolutiva (UPF-CSIC), ha descobert que la proteïna E93 podria ser un element determinant en l’evolució de la metamorfosi dels insectes.

Aquesta proteïna és coneguda pel seu paper desencadenant de la metamorfosi en les fases postembrionàries dels insectes, i per això determina el seu pas a l'edat adulta. No obstant això, l'evolució entre els diferents tipus de metamorfosis continuava sent una incògnita i es desconeixia quin factor va determinar aquesta transició evolutiva. D'altra banda, tot i que l'embriogènesi és important en la metamorfosi, no hi havia gaire investigació al respecte.

L’estudi ha demostrat que la quantitat de proteïna E93 en la fase embrionària és determinant en la metamorfosi dels insectes, així com en el desenvolupament de l'embrió. A més, conclou que aquesta proteïna podria estar darrere de l'evolució entre ambdós tipus de metamorfosi.

"El misteri de la metamorfosi dels insectes ha fascinat a l'espècie humana des de temps immemorials i, en els últims deu anys, se n'han esbrinat molts detalls." Apunta en Xavier Bellés, professor d'investigació del CSIC.

Els resultats de la investigació revelen que els insectes de metamorfosi simple, és a dir, que no experimenten grans canvis morfològics durant la metamorfosi, presenten nivells alts de la proteïna E93 en l'etapa embrionària. En els insectes de metamorfosi completa com les papallones, en canvi, E93 es troba a nivells molt baixos o nuls. Això sembla indicar que la desaparició d'aquesta proteïna és crucial per a la metamorfosi completa.

La investigació també ha descobert que la presència del factor E93 en els insectes de metamorfosi simple és indispensable per al correcte desenvolupament de l'embrió, com en el cas de les paneroles.

"En les paneroles, la reducció dels nivells d'E93 fa que no es formi bé l'embrió." Indica Anna Fernández-Nicolás, primera autora del treball, que va realitzar part dels seus estudis de doctorar a l'IBE (CSIC-UPF).

En els insectes amb metamorfosi completa, en canvi, els baixos nivells d’E93 marquen l’aparició d’aquest tipus de metamorfosi.

​A l'esquerra es mostra un embrió sa de panerola. La imatge dreta mostra un embrió de panerola amb nivells baixos d'E93.

Dues metamorfosis molt diferents

A causa de la metamorfosi simple, les paneroles només passen per tres estadis al llarg de la seva vida. De l'ou en surt una nimfa molt similar a l'adult, tot i que més petit i, després de diverses mudes, la nimfa arriba a l'edat adulta.

De l'ou de les papallones, en canvi, en surt una larva que passarà per diverses mudes fins a arribar a una etapa intermèdia de pupa o crisàlide, després de la qual experimentarà la metamorfosi completa.

"La nostra hipòtesi és que E93 determina el programa genètic nimfal, i que la seva reducció en l'embrió ha sigut decisiva per a l'aparició de la larva i l'evolució de la metamorfosi completa". Apunta Anna Fernández.

"Aquesta hipòtesi representa un nou paradigma en l'estudi de la metamorfosi dels insectes", subratlla Xavier Bellés.

Aquest tipus de metamorfosi completa és molt avantatjosa donat que les larves i els adults no competeixen pels mateixos recursos. Una competició que sí que s'observa entre nimfes i adults dels insectes amb metamorfosi simple.

"El corol·lari evolutiu d'aquesta hipòtesi és que la reducció d'E93 en l'embrió seria una condició necessària per a la formació d'una larva diferent en l'adult, i inventar l'exitosa metamorfosi completa", conclou Xavier Bellés.

Aquest estudi és el resultat d'una col·laboració internacional entre l'Institut de Biologia Evolutiva (CSIC-UPF), de Barcelona, la Universitat Jagellónica de Cracòvia (Polònia) i la Universitat de Kyoto (Japó).

Article de referència: Fernandez-Nicolas, A., Macha, G., Ventos-Alfonso, A., Pagone, V., Minemura, T., Ohde, T., Daimon, T., Ylla, G., Belles, X. Reduction of embryonic E93 expression as a hypothetical driver of the evolution of insect metamorphosis. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 120. february 2023: DOI: 10.1073/pnas.2216640120