¿Las alas de los insectos nacieron de un "circuito genético"? ¿Por qué solo los insectos conquistaron el cielo? El "circuito Blinker" que apoyó la evolución de las alas

La actualización más grande en la historia de la vida: "Volar en el cielo"

Si organizáramos la historia de la Tierra como un historial de actualizaciones de aplicaciones, el "nacimiento de las alas de los insectos" sería sin duda una actualización de versión importante.
Hace aproximadamente 400 millones de años, cuando los árboles apenas comenzaban a cubrir la superficie terrestre, los primeros animales en volar no fueron aves ni murciélagos, sino pequeños insectos que normalmente no notamos.Phys.org

La pregunta es, ¿por qué solo ellos pudieron conquistar el cielo tan rápidamente? La clave podría estar oculta en un mecanismo sorprendentemente tecnológico llamado "circuito genético", según el estudio actual.

Un equipo del Instituto Francis Crick en el Reino Unido, a través de un análisis con moscas de la fruta, descubrió un circuito de retroalimentación formado por un morfógeno llamado Dpp (una molécula de señalización que da forma) y una molécula llamada **Brinker**. Este circuito desempeña un papel crucial en el desarrollo preciso de estructuras "grandes" como las alas.Phys.org

Morfógeno Dpp: "Gradiente de concentración" que transporta el plano

En el mundo de la biología del desarrollo, el término morfógeno es común. Se refiere a una molécula de señalización que comunica qué célula se convertirá en qué parte, a través de su concentración. En áreas de alta concentración, se activa el gen A, en áreas de concentración media se activa el gen B, y así sucesivamente, creando un mapa de gradiente.

En el brote alar de la mosca de la fruta (una pequeña estructura que se convertirá en ala durante la etapa larval), el morfógeno Dpp desempeña este papel. Dpp es parte de la familia BMP, ampliamente presente en animales, incluidos los humanos, y es crucial para la formación de huesos y órganos.

Sin embargo, hay un problema.

Las alas se desarrollan como una "parche aislado" de tejido, ligeramente separado del cuerpo de la larva, lo que dificulta recibir señales de "apoyo" de otras áreas. A pesar de esto, deben transmitir correctamente la información de posición celular en toda el ala.

Dpp actúa fuertemente cerca de su fuente, pero su señal se debilita y aumenta el ruido a medida que se aleja. Sin embargo, las alas reales muestran un patrón limpio hasta el borde. ¿Cómo es posible?

Brinker crea un gradiente inverso

Aquí es donde entra en juego el protagonista, Brinker. Anqi Huang, del grupo de investigación, descubrió que a medida que disminuye la concentración de Dpp, la concentración del inhibidor Brinker aumenta en dirección opuesta.Phys.org

• Donde Dpp es fuerte → Brinker casi no se expresa

• Donde Dpp es débil → Brinker se expresa fuertemente

Esto significa que no solo hay un gradiente de Dpp, sino también un gradiente de Brinker "invertido" a lo largo del tejido.

Además, a través de un análisis conjunto con físicos, se descubrió que Brinker no es solo una respuesta pasiva, sino que está en el centro del circuito de retroalimentación. La señal de Dpp suprime la expresión de Brinker, y Brinker controla el encendido y apagado de los genes objetivo de Dpp. Como resultado de estas interacciones, en áreas lejanas, el suave gradiente de Brinker, más que el propio Dpp, se convierte en la clave principal para indicar a las células "dónde están".Phys.org

En otras palabras,

"Un circuito que toma una señal original borrosa (Dpp), la descompone y la redistribuye como una señal secundaria más clara (gradiente de Brinker)"

está incorporado en el tejido.

Lo que dicen los "firebrats" sin alas sobre la pre-evolución

Para investigar cuándo y cómo evolucionó este circuito, el equipo de investigación rastreó la filogenia de los genes. Al comparar datos genómicos públicos, descubrieron que el gen Brinker es exclusivo de los insectos y no está presente en los crustáceos cercanos.Phys.org

Además, se centraron en los **firebrats**, insectos primitivos "sin alas". Los firebrats son una línea antigua de insectos que aún no tienen alas. Si el circuito de Brinker "evolucionó junto con las alas", es posible que en los firebrats la relación con Dpp aún no esté establecida.

De hecho, aunque el gen Brinker estaba presente en el genoma de los firebrats, los experimentos mostraron que no se formaba un gradiente inverso como en las moscas de la fruta, ni estaba conectado con la señal de Dpp.Phys.org

Este resultado apoya firmemente el escenario de que "Brinker nació originalmente en la línea de insectos, y luego se vinculó con Dpp en la línea de insectos con alas, refinándose como un circuito de retroalimentación".

Una "innovación hacia el cielo" que ocurrió hace 400 millones de años, no hace 400 años

Jean-Paul Vincent, quien dirigió la investigación, señala que

los insectos adquirieron su capacidad de volar por primera vez hace unos 400 millones de años, justo cuando los árboles comenzaron a aparecer

.Phys.org

La red de señales Dpp que incorpora Brinker probablemente favoreció el crecimiento estable y grande de nuevas estructuras como las alas. Como resultado, los insectos se expandieron a un nicho completamente nuevo en el aire, convirtiéndose en uno de los grupos de animales más prósperos en la Tierra. Esta es la grandiosa historia evolutiva que emerge de un solo artículo.

¿Cómo reaccionaron las redes sociales? (Línea de tiempo virtual)

A continuación, se presenta una "línea de tiempo virtual de redes sociales" reestructurada para aclarar el tema de este artículo. Aunque no son publicaciones reales, cuando se difundió esta noticia, seguramente se verían comentarios como estos en la línea de tiempo.

@evo_bio_lab
"El hecho de que Brinker sea exclusivo de los insectos y coincida con el momento de la evolución de las alas es digno de un libro de texto... #EvoDevo #AlasDeInsectos"

@dev_fly
"No leen el gradiente de Dpp directamente, sino que lo 're-encodan' con Brinker, es una señalización bellamente procesada."

@sci_illustrator
"La idea de que el 'circuito aún no conectado' en las alas de los firebrats es emocionante. Es como ver un diagrama de cableado en evolución."

@bio_engineer
"Este tipo de circuito de retroalimentación podría aplicarse en biología sintética para crear tejidos artificiales. Extender patrones hasta el borde de una hoja celular, por ejemplo."

@casual_reader
"El eslogan 'Un insecto sin alas tiene la clave para la evolución de los insectos con alas' es suficiente para querer leerlo."

Como se puede ver, en la comunidad investigadora podría destacarse como un "buen ejemplo de evo-devo", mientras que para el público en general, la narrativa de "un insecto discreto desempeñando un papel de superhéroe" podría captar la atención.

Una nueva perspectiva sobre los "circuitos genéticos" cambia la imagen de la evolución

Lo interesante de este logro es quedescribe la evolución no como una "adición de componentes", sino como una "actualización de diseño de circuitos".

• Un nuevo componente llamado Brinker nace en la línea de insectos

• Se incorpora a la señal de Dpp, formando un circuito de retroalimentación

• Como resultado, se logra un control preciso de grandes estructuras como las alas

Este flujo recuerda a la refactorización de circuitos electrónicos o software. Añadir nuevos módulos a un sistema antiguo, mejorando la transmisión de señales y la resistencia al ruido, ofrece una perspectiva ingenieril para observar la evolución de la vida.
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Aplicaciones futuras: de alas a órganos y tejidos artificiales

Dpp no solo está involucrado en las alas de los insectos, sino que es una señal básica en la formación de varios órganos. Si se encuentran factores de retroalimentación como Brinker y su estructura de red en otros tejidos, podrían surgir aplicaciones como las siguientes:

• Medicina regenerativa
  La posibilidad de extender artificialmente el "alcance" de los morfógenos, sirviendo como guía de diseño para el crecimiento uniforme de órganos tridimensionales.

• Biología sintética y biomateriales
  Podría aplicarse en el diseño de circuitos genéticos para extender patrones "biológicos" a gran escala de manera autónoma.

• Experimentos de recreación evolutiva
  Introducir factores como Brinker en otras líneas y reorganizar la red de señales para experimentar "qué hubiera pasado si hubiera ocurrido otra evolución en esa época" a nivel de laboratorio.
  
  
  

Conclusión: Lo que nos enseñan las pequeñas alas

Para nosotros, las alas transparentes de las moscas de la fruta o los firebrats que se mueven en las esquinas de la cocina pueden no parecer muy atractivos. Pero detrás de estas pequeñas estructuras, hay un procesamiento de información avanzado en pleno funcionamiento, comomorfógenos, circuitos genéticos y control de retroalimentación.

Este estudio ha capturado y mostrado brillantemente una parte de eso.
Observar las alas de insectos discretos puede ser, de hecho, una de las rutas más cortas para entender "cómo la vida adquirió complejidad y diversidad".