Con alrededor de 1 millón de especies descritas, los insectos son el linaje animal más diverso de la Tierra. El éxito extraordinario de los insectos se debe en parte a su larga historia evolutiva, dado que surgieron hace unos 450 millones de años. Esto les dio tiempo suficiente para desarrollar una serie de innovaciones morfo-funcionales clave que actuaron como motores de expansión y diversificación.

Desde el punto de vista del desarrollo, una innovación clave fue la metamorfosis completa, el proceso por el cual los individuos adquieren rasgos adultos característicos a través de las etapas de larva y pupa. Ahora, un equipo de investigadores del IBE dirigido por Xavier Bellés ha identificado mecanismos generales en la evolución de los procesos básicos de los insectos modernos, y más específicamente en la evolución de una metamorfosis incompleta a completa. Los resultados han sido publicados en la revista iScience.

El primer tipo de metamorfosis fue simple y gradual. Cuando se formaba un embrión, se desarrollaba primero una ninfa con las características fundamentales de un adulto. Esta ninfa crecía y finalmente se formaban las alas y los genitales. Aunque algunos grupos de insectos aún pasan por este tipo de metamorfosis, el 80% de todas las especies pasan por uno completo. “La metamorfosis completa se considera una ventaja adaptativa para los insectos. Dado que las etapas de desarrollo de la larva, la pupa y el adulto están muy diferenciadas, no compiten por los recursos”, dice Bellés.

Los orígenes de la metamorfosis

Los orígenes de la metamorfosis y qué genes determinan cuándo y cómo esta tiene lugar son dos de los grandes misterios para los entomólogos. Para encontrar una respuesta a estas preguntas, los científicos compararon los genes que se expresan en cada etapa de desarrollo de la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster - uno de los organismos más modificados en comparación con el ancestro común y que sufre una metamorfosis completa -, con los de la Cucaracha alemana, Blattella germanica - uno de los organismos más primitivos, que sufre una metamorfosis incompleta.

Los resultados muestran que mientras que en la cucaracha alemana los genes involucrados en la metamorfosis se expresan principalmente en las etapas finales de las larvas, se expresan en el embrión temprano y medio de la mosca de la fruta. Además, se observó que la transición del programa genético de la madre hacia el programa genético embrionario se lleva a cabo en las primeras etapas de la embriogénesis en la cucaracha alemana. En la mosca de la fruta, dicha transición tiene lugar durante toda la embriogénesis, y el papel de la hormona juvenil no parece ser relevante en esta etapa. Estas diferencias probablemente reflejan las tendencias en la evolución del desarrollo de cucarachas a moscas.

El estudio apunta a que las innovaciones biológicas no tienen lugar debido a nuevos genes, sino a un uso diferente de los genes actuales. Los investigadores compararon los genes que se expresan en las principales etapas de desarrollo de la mosca de la fruta con los de la cucaracha. "Hemos estudiado la expresión de 28,000 genes de la cucaracha y 17,000 genes de la mosca a través de su desarrollo con el objetivo de detectar las diferencias que explican cómo se han producido las innovaciones más importantes en la evolución de estas especies", agrega Bellés.

En este estudio, se produjeron y secuenciaron 22 bibliotecas de ARN mensajero para las 11 etapas de desarrollo de la cucaracha, y se leyeron 193,014,748 secuencias. Esta información está disponible para la comunidad científica.

G. Ylla, M.D. Piulachs y X. Bellés. (2018) Comparative transcriptomics in two extreme neopterans reveal general trends in the evolution of modern insects. iScience 4: 164–179. DOI: 10.1016/j.isci.2018.05.017