El orden Chiroptera , que comprende todos los murciélagos, ha desarrollado la adaptación única de los mamíferos al vuelo . Las alas de murciélago son extremidades anteriores de tetrápodos modificadas . Debido a que los murciélagos son mamíferos , las estructuras esqueléticas de sus alas son morfológicamente homólogas a los componentes esqueléticos que se encuentran en las extremidades anteriores de otros tetrápodos. A través de la evolución adaptativa, estas estructuras en los murciélagos han sufrido muchos cambios morfológicos, como dedos palmeados, alargamiento de las extremidades anteriores y reducción del grosor de los huesos. [1] Recientemente, se han realizado estudios comparativos del desarrollo de las extremidades anteriores de ratones y murciélagos para comprender la base genética de la evolución morfológica. En consecuencia, el ala de murciélago es un valioso modelo evo-devo para estudiar la evolución de la diversidad de las extremidades de los vertebrados.
El desarrollo de las extremidades de los tetrápodos implica muchas moléculas de señalización como FGF , BMP , SHH y WNT . La cresta ectodérmica apical es una estructura que se encuentra en la punta más distal y que se convierte en un centro de señalización clave para la extremidad en desarrollo. [2] Sorprendentemente, se ha descubierto que muchas de las mismas vías de señalización que se sabe que desempeñan un papel en el desarrollo de las extremidades de los tetrápodos desempeñan un papel en el desarrollo de las extremidades anteriores de los murciélagos, pero el momento, la intensidad y la expresión genética espacial de algunos genes ortólogos han cambiado. Dado que los ratones también son mamíferos, es conveniente comparar la morfología y el desarrollo de las extremidades anteriores entre ratones y murciélagos; Estas comparaciones pueden dilucidar la base genética del desarrollo adaptativo de las alas de los murciélagos. [ cita necesaria ]
Aunque muchos de los mecanismos moleculares implicados en el desarrollo de las extremidades se conservan entre el ratón y el murciélago, existen una serie de diferencias que se observan principalmente en los patrones de expresión genética. Sorprendentemente, las regiones codificantes de muchos de estos genes con diferentes dominios de expresión están altamente conservadas entre el ratón y el murciélago. Por tanto, es probable que esta importante transición morfológica fuera consecuencia de cambios regulatorios cis . Los investigadores pueden estudiar la base genética del desarrollo de las alas de los murciélagos mediante el uso de hibridación comparativa in situ para examinar los dominios de expresión genética y el uso de embriología experimental en ratones y murciélagos. [ cita necesaria ]
La formación de la membrana del ala del murciélago (el patagio ) permitió una mayor superficie del ala necesaria para el vuelo. Toda formación de extremidades de vertebrados inicialmente tiene tejido entre los dedos, después de lo cual se produce apoptosis para separar los dedos. Las señales de BMP son probablemente responsables de la apoptosis interdigital, ya que se expresan en el tejido interdigital y el bloqueo de la señalización de BMP evitará la apoptosis interdigital . [3] Sin embargo, en los murciélagos, los genes BMP todavía se expresan en los interdigitales y, sin embargo, la apoptosis interdigital está reprimida. La señalización de FGF se ha asociado con el bloqueo de la muerte celular. [4] Fgf8 se expresa en el tejido interdigital de los murciélagos durante un momento en el que se produce la apoptosis, algo que no ocurre en los ratones. Por lo tanto, los FGF pueden desempeñar un papel en el bloqueo de los efectos apoptóticos de las BMP en el interdigit del ala del murciélago. Finalmente, la aplicación de BMP ectópicas y antagonistas de FGF a las alas de murciélago en desarrollo da como resultado la apoptosis del patagio. [5]
Una diferencia importante en los antebrazos de los murciélagos es que las estructuras esqueléticas de sus extremidades son alargadas. Este alargamiento del esqueleto de las extremidades anteriores es necesario para soportar la membrana del ala. Los estudios comparativos de hibridación in situ han revelado que el dominio de expresión de fgf8 en la extremidad anterior del murciélago AER se expande en comparación con la extremidad anterior del ratón, lo que sugiere que la expresión ampliada de fgf8 puede contribuir al mayor tamaño de la extremidad anterior del murciélago. Debido a que los ortólogos de ratón y murciélago se conservan, es probable que se produzca un cambio regulatorio en fgf8 . [6] En ratones, un gen conocido por regular el crecimiento de las extremidades es prx1 , que codifica un factor de transcripción. [7] Los patrones de expresión de prx1 en murciélagos difieren de los ratones en que prx1 tiene un dominio de expresión expandido y está regulado positivamente. Los investigadores descubrieron que la región codificante de prx1 en los murciélagos es casi idéntica a la de los ratones, pero encontraron un potenciador de prx1 específico de los murciélagos . [8] Cuando reemplazaron el potenciador bat prx1 con el potenciador endógeno que se encuentra en ratones, estos ratones transgénicos tenían extremidades anteriores ligeramente aumentadas. Estudios comparativos han establecido que los dedos de los murciélagos experimentan una tasa más rápida de proliferación de condrocitos . [9] Además de la apoptosis interdigital, se ha demostrado que las BMP afectan la proliferación de condrocitos y la longitud de los dedos en ratones. [10] Bmp-2 muestra una mayor expresión en los dedos de los murciélagos en comparación con los ratones, lo que sugiere que se ha producido un cambio en la vía de BMP para dar lugar a dedos de murciélago más largos. [9]
Otra diferencia importante en las extremidades anteriores de los murciélagos es la densidad de sus extremidades esqueléticas. Los huesos que se encuentran en sus extremidades anteriores se reducen para lograr el peso corporal liviano necesario para volar. En particular, su cúbito tiene un ancho reducido y está fusionado con el otro elemento zeugópodo, el radio. [1] Una de las posibles vías moleculares implicadas en la reducción del grosor de las extremidades anteriores del esqueleto del murciélago son las diferencias en la expresión de SHH . Los ratones con mutaciones nulas shh pierden la estructura del cúbito. [11] Otro buen candidato para la reducción de huesos de murciélago es Hox-d13 , un gen que pertenece a la familia de genes Hox . Los estudios de hibridación in situ han encontrado que el dominio de expresión de Hoxd13 en las extremidades de los murciélagos se ha desplazado hacia atrás en comparación con el ratón. [12] Esta diferencia observada en el patrón de expresión de Hoxd13 también puede explicar la reducción del tamaño y la densidad del cúbito encontrado en los murciélagos. En general, estos estudios sugieren que los cambios moleculares responsables de la evolución de las alas en los murciélagos se deben a cambios reguladores genéticos. [ cita necesaria ]