Las mariposas y las cucarachas experimentan la metamorfosis, un proceso que las catapulta hacia la edad adulta mediante una serie de cambios morfológicos. La oruga de la mariposa, no obstante, se transforma en un bello insecto volador, mientras que la cucaracha apenas cambia. Ambos tipos de metamorfosis entrañan secretos para la comunidad científica, pero hoy estamos más cerca de descubrirlos.

Un estudio publicado en la revista científica PNAS y liderado por Xavier Bellés, investigador principal en el Instituto de Biología Evolutiva (UPF-CSIC), ha descubierto que la proteína E93 podría ser un elemento determinante en la evolución de la metamorfosis de los insectos.

Esta proteína es conocida por su papel desencadenante de la metamorfosis en las fases postembrionarias de los insectos, por lo que determina su paso a la edad adulta. Sin embargo, la evolución entre los distintos tipos de metamorfosis seguía siendo una incógnita y se desconocía qué factor determinó dicha transición evolutiva. Por otro lado, aunque la embriogénesis es importante en la metamorfosis, no había mucha investigación al respecto.

Este estudio ha demostrado que la cantidad de proteína E93 en la fase embrionaria es determinante en la metamorfosis de los insectos, así como en el desarrollo del embrión. Además, concluye que esta proteína podría estar detrás de la evolución entre ambos tipos de metamorfosis.

“El misterio de la metamorfosis de los insectos ha fascinado a la especie humana desde tiempos inmemoriales y, en los últimos 10 años, se han descubierto muchos detalles”. Apunta Xavier Bellés, profesor de investigación del CSIC.

Los resultados de la investigación revelan que los insectos de metamorfosis simple, es decir, que no experimentan grandes cambios morfológicos durante la metamorfosis, presentan niveles altos de la proteína E93 en la etapa embrionaria. En los insectos de metamorfosis completa como las mariposas, en cambio, E93 se encuentra a niveles muy bajos o nulos. Esto parece indicar que la desaparición de esta proteína es crucial para la metamorfosis completa.

La investigación también ha descubierto que la presencia del factor E93 en los insectos de metamorfosis simple es indispensable para el correcto desarrollo del embrión, como en el caso de las cucarachas.

“En las cucarachas, la reducción de los niveles de E93 hace que no se forme bien el embrión.” Indica Anna Fernández-Nicolás, primera autora del trabajo, que realizó parte de sus estudios de doctorado en el IBE (CSIC-UPF).

En los insectos con metamorfosis completa, en cambio, los bajos niveles de E93 marcan la aparición de este tipo de metamorfosis.

A la izquierda, imagen de un embrión normal; a la derecha, un embrión con bajos niveles de E93.  

Dos metamorfosis muy distintas

A causa de la metamorfosis simple, las cucarachas solo pasan por tres estadios a lo largo de su vida. Del huevo sale una ninfa muy similar al adulto, aunque más pequeño y, después de varias mudas, la ninfa llega a la edad adulta.

Del huevo de las mariposas, en cambio, sale una larva que pasará por distintas mudas hasta llegar a una etapa intermedia de pupa o crisálida, después de la cual experimentará la metamorfosis completa.

“Nuestra hipótesis es que E93 determina el programa genético ninfal, y que su reducción en el embrión ha sido decisiva para la aparición de la larva y la evolución de la metamorfosis completa.” Apunta Anna Fernández.

“Esta hipótesis representa un nuevo paradigma en el estudio de la metamorfosis de los insectos”, subraya Xavier Bellés.

Este tipo de metamorfosis completa es muy ventajosa dado que las larvas y los adultos no compiten por los mismos recursos. Una competición que sí se observa entre ninfas y adultos de los insectos con metamorfosis simple.

“El corolario evolutivo de esta hipótesis es que la reducción de E93 en el embrión sería una condición necesaria para la formación de una larva diferente al adulto, e inventar la exitosa metamorfosis completa”, concluye Xavier Bellés.

El trabajo que se publica ahora es resultado de una colaboración internacional entre el Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF), de Barcelona, la Universidad Jagellónica de Cracovia (Polonia) y la Universidad de Kioto (Japón).

Artículo de referencia: 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