El orden Chiroptera , que comprende todos los murciélagos, ha desarrollado la adaptación única de los mamíferos del vuelo . Las alas de los murciélagos son extremidades anteriores modificadas de los tetrápodos . Debido a que los murciélagos son mamíferos , las estructuras esqueléticas de sus alas son morfológicamente homólogas a los componentes esqueléticos encontrados en otras extremidades anteriores de los tetrápodos. A través de la evolución adaptativa, estas estructuras en los murciélagos han experimentado muchos cambios morfológicos, como dedos palmeados, elongación de la extremidad anterior y reducción en el 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 del 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 el desarrollo de las extremidades. [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 también lo hacen en el desarrollo de las extremidades anteriores de los murciélagos, pero el momento, la intensidad y la expresión génica 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 requerida ]
Aunque muchos de los mecanismos moleculares implicados en el desarrollo de las extremidades se conservan entre el ratón y el murciélago, existen varias diferencias que se observan principalmente en los patrones de expresión génica. Sorprendentemente, las regiones codificantes de muchos de estos genes con diferentes dominios de expresión están altamente conservadas entre el ratón y el murciélago. Por lo tanto, es probable que esta importante transición morfológica fuera una consecuencia de cambios en la regulación cis . Los investigadores pueden estudiar la base genética del desarrollo de las alas de los murciélagos utilizando la hibridación in situ comparativa para examinar los dominios de expresión génica y utilizando la embriología experimental en ratones y murciélagos. [ cita requerida ]
La formación de la membrana del ala del murciélago (el patagio ) permitió una mayor área de superficie del ala necesaria para el vuelo. La formación de todas las extremidades de los vertebrados inicialmente tiene tejido entre los dedos después de lo cual ocurre la 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, lo que no ocurre en los ratones. Por lo tanto, los FGF pueden desempeñar un papel en el bloqueo de los efectos apoptóticos de los BMP en el interdigital del ala del murciélago. Finalmente, la aplicación de BMP ectópicas y antagonistas de FGF al desarrollo de las alas de los murciélagos da como resultado la apoptosis del patagio. [5]
Una diferencia importante en los antebrazos de los murciélagos es que sus estructuras esqueléticas de las extremidades son alargadas. Esta elongación del esqueleto de la extremidad anterior es necesaria para sostener la membrana del ala. Estudios comparativos de hibridación in situ han revelado que el dominio de expresión de fgf8 en AER de la extremidad anterior del murciélago está expandido en comparación con la extremidad anterior del ratón, lo que sugiere que la expresión expandida de fgf8 puede contribuir al mayor tamaño de la extremidad anterior del murciélago. Debido a que los ortólogos del ratón y del murciélago están conservados, es probable que haya 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 de los ratones en que prx1 tiene un dominio de expresión expandido y está regulado positivamente. Los investigadores encontraron que la región codificante de prx1 en murciélagos es casi idéntica a la de los ratones, pero encontraron un potenciador de prx1 específico de murciélago . [8] Cuando reemplazaron el potenciador prx1 de murciélago con el potenciador endógeno encontrado en ratones, estos ratones transgénicos tenían extremidades anteriores ligeramente más grandes. Estudios comparativos han establecido que los dedos de los murciélagos experimentan una tasa más rápida de proliferación de condrocitos . [9] Además de la apoptosis interdigitada, 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 está en la densidad de sus extremidades esqueléticas. Los huesos que se encuentran en sus extremidades anteriores se reducen para lograr un peso corporal ligero necesario para el vuelo. En particular, su cúbito se reduce en ancho y se fusiona con el otro elemento del zeugópodo, el radio. [1] Una de las posibles vías moleculares involucradas en la reducción del grosor de las extremidades anteriores esqueléticas de los murciélagos son las diferencias en la expresión de SHH . Los ratones con mutaciones nulas de shh pierden la estructura de su cúbito. [11] Otro buen candidato para la reducción de los huesos de los murciélagos es Hox-d13 , un gen que pertenece a la familia de genes Hox . Los estudios de hibridación in situ han descubierto que el dominio de expresión de Hoxd13 en las extremidades de los murciélagos se ha desplazado posteriormente en comparación con el ratón. [12] Esta diferencia observada en el patrón de expresión de Hoxd13 también puede explicar el tamaño y la densidad reducidos del cúbito que se encuentra 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 en la regulación genética. [ cita requerida ]