Inversión (bioloxía evolutiva)

En bioloxía do desenvolvemento, inversión, segundo defenden algunhas hipóteses evolutivas, é a orientación oposta á forma ancestral que tomaron as estruturas corporais ao longo do eixe dorsoventral durante o decurso da evolución animal. Xa en 1822, o naturalista francés Étienne Geoffroy Saint-Hilaire indicou que a organización das estruturas dorsais e ventrais en artrópodos é oposta á dos mamíferos. Cinco décadas despois, á luz da teoría de Charles Darwin da "descendencia con modificación", o zoólogo alemán Anton Dohrn propuxo que estes grupos se orixinaron a partir dun antepasado común que posuía un plan corporal similar ao dos modernos anélidos cun cordón nervioso ventral e un corazón dorsal. Esta disposición orixinal mantense nos artrópodos e outros protóstomos, pero en deuteróstomos cordados, o cordón nervioso está localizado dorsalmente e o corazón ventralmente. A hipótese da inversión atopou críticas cada vez que foi proposta, e foi periodicamente resucitada e rexeitada. Porén, algúns embriólogos moleculares modernos suxiren que hai recentes descubrmentos que apoian a idea da inversión.

 Evidencias da inversión 

miniatura|270px|Plans corporais dun protóstomo xeneralizado e dos cordados, que ilustran a orientación oposta das estruturas dorsoventrais. Simultanemente ao cambio de orientación destas estruturas prodúcese a inversión dos dominios de expresión de sinais de TGF-β (dpp/BMPs) e os seus inhibidores (sog/Cordina).
miniatura|esquerda|80px|Balanoglossus, un exemplo de hemicordado, representa un "elo evolutivo" entre os invertebrados e os vertebrados.

Ademais da simple observación de que os eixes dorsoventrais dos protóstomos e cordados parecen estar invertidos un con respecto ao outro, a bioloxía molecular proporciona algúns apoios á hipótese da inversión. A proba mís salientable procede da análise dos xenes implicados no establecemento doeixe dorsoventral nestes dous grupos de animais. Na mosca do vinagre Drosophila melanogaster, e noutros protóstomos, o membro da familia do factor de crecemento transformante β (TGF-β) chamado decapentaplegic (dpp, decapentapléxico) exprésase dorsalmente e pénsase que suprime o destino neural. No lado ventral do embrión, exprésase un inhibidor de dpp, chamado short gastrulation (sog, gastrulación curta), o que permite que o tecido nervioso se forme ventralmente. En cordados, o homólogo de dpp BMP-4 exprésase na futura parte ventral (non neural) do embrión, mentres que varios inhibidores de BMP de tipo sog (cordina, noggina, folistatina) se expresan dorsalmente.

Outros xenes que determinan patróns tamén mostran dominios de expresión conservados. Os xenes do patrón neural vnd, ind, msh, e netrin (netrina) exprésanse en Drosophila en células nerviosas ventrais e o mesectoderma da liña media. Os homólogos en cordados dos xenes NK2, Gsh1/2, Msx1/3, e Netrina, exprésanse no tubo neural dorsal. Ademais, o xene tinman/Nkx2-5 exprésase moi cedo en células que se converterán no corazón tanto en Drosophila (dorsalmente) coma en cordados (ventralmente).

Apoios adicionais atópanse en traballos sobre o desenvolvemento de anélidos poliquetos Platynereis dumerilii, outros protóstomo. Aínda de forma máis clara que en Drosophila, o seu patrón de desenvolvemento do sistema nervioso central é moi similar ao dos vertebrados, pero invertido. Hai tamén evidencias da asimetría esquerda-dereita. Os vertebrados teñen unha vía de sinalización Nodal moi conservada que actúa no lado esquerdo do corpo, determinando as asimetrías esquerda-dereita dos órganos internos. Os ourizos de mar teñen a mesma vía de sinalización, pero actúa no lado dereito do corpo. Incluso se observou que un sinal de lado dereito oposto para regular a asimetría esquerda-dereita en vertebrados (a vía de sinalización BMP) é activado no lado esquerdo da larva de ourizo de mar, o que suxire unha inversión axial durante a evolución desde os deuteróstomos basais aos cordados como o anfioxo, porque no anfioxo a vía de sinalización Nodal está no lado esquerdo do embrión, o cal é a mesma situación que en vertebrados. Os ourizos de mar, como outros equinodermos, teñen adultos con simetría radial, pero larvas con simetría bilateral. Como os ourizos de mar son deuteróstomos, isto suxire que os deuteróstomos ancestrais tiñan a mesma orientación que os protóstomos, e que a inversión dorsoventral orixinouse nalgún cordado ancestral.

Hai evidencias de que os cordados invertebrados están tamén invertidos. As larvas de ascidias teñen unha boca dorsal, como se esperaría nunha inversión. O anfioxo ten unha característica rara: a súa boca aparece no lado esquerdo e migra despois ao ladoventral. O biólogo Thurston Lacalli especulou que isto pode ser unha recapitulación da migración da boca desde o lado dorsal ao ventral nun protocordado.

 Hemicordados: un plan corporal intermedio? 

Algúns biólogos propuxeron que os hemicordados (especificamente os Enteropneusta) poden representar un plan corporal intermedio na evolución do estado "invertido" dos cordados. Aínda que se consideran deuteróstomos, o eixe dorsoventral dos hemicordados conserva características tanto de protóstomos coma de cordados. Por exemplo, os enteropneustos teñen un cordón nervioso dorsal derivado do ectoderma na rexión do colo que se propuxo que é homóloga do tubo neural dos cordados. Porén, tamén teñen un cordón nervioso ventral e un vaso sanguíneo contráctil dorsal similar ao dos protóstomos. Ademais, as posicións relativas doutras estruturas "intermedias" en hemicordados, como os órganos hepáticos e unha pigocorda ventral, que se propuxo que son homólogas á notocorda definida nos cordados, están conservadas pero invertidas. Nübler-Jung e Arendt argumentan que a principal innovación na liñaxe dos cordados foi a obliteración da boca no lado neural (como en hemicordados, artrópodos, e anélidos) e o desenvolvemento dunha nova boca no lado ventral non neural.

 Hipóteses alternativas 

Aínda que a idea da inversión do eixe dorsoventral parece estar apoiada por datos morfolóxicos e moleculares, outros autores propuxeron hipóteses alternativas plausibles (revisadas en Gerhart 2000). Un dos postulados da hipótese da inversión é que o antepasado común dos protóstomos e cordados xa posuía un sistema nervioso central organizado localizado nun polo do eixe dorsoventral. Alternativamente, este antepasado puido posuír só unha rede nerviosa difusa ou varios feixes de tecido nervioso sen unha clara localización dorsoventral. Isto significaría que a aparente inversión foi simplemente o resultado da concentración do sistema nervioso central en polos opostos independentemente nas liñaxes que levan a protóstomos e cordados. Lacalli (1996) suxeriu un escenario no cal o antepasado tiña unha soa abertura no sistema dixestivo, e que as bocas neural e non neural se orixinaron independentemente nos protóstomos e cordados, respectivamente. Con esta hipótese non habería necesidade de inversión.

Martindale e Henry propuxeron un antepasado similar a un ctenóforo cun cordón nervioso concentrado e dous poros anais en lados opostos do animal ademais dunha abertura terminal do intestino. Se un destes poros se converte na boca en protóstomos e o outro orixina a boca dos deuteróstomos, isto tamén descartaría a inversión. Outra alternativa, proposta por von Salvini-Plawen, afirma que o antepasado tiña un sistema nervioso de dúas partes: unha parte concentrada e outra difusa. Os sistemas nerviosos dos descendentes protóstomos e deuteróstomos deste antepasado puideron orixinarse independentemente a partir destas dúas partes diferentes.

As teorías do retorcemento axial propoñen que a inversión non afecta a todo o corpo, senón só á rexión anterior da cabeza.M. Kinsbourne: Somatic twist: a model for the evolution of decussation. In: Neuropsychology. Band 27, Nummer 5, setembro de 2013, S. 511–515, doi:10.1037/a0033662, PMID 24040928.M. H. E. de Lussanet & J. W. M. Osse (2012) An ancestral axial twist explains the contralateral forebain and the optic chiasm in vertebrates. Animal Biology (62), 193-216. versión libre en PDF, doi:10.1163/157075611X617102 
Estas teorías de Kinsbourne e Lussanet & Osse tamén explican a presenza dun quiasma óptico nos vertebrados e a organización contralateral do prosencéfalo. Unha destas teorías está apoiada por evidencias observadas no desenvolvemento e mesmo explica a organización asimétrica do corazón e intestinos.M. H. E. de Lussanet and J. W. M. Osse (2015). Decussation as an axial twist: A comment on Kinsbourne (2013). Neuropsych., 29(5):713–714. vesión libre en PDF, doi:10.1037/neu0000163

 Notas 

 Véxase tamén 
 Ligazóns externas 
 An explanation of DV patterning in Drosophila
 P.Z. Myers on axis inversion and hemichordates
 P.Z. Myers on axis inversion and annelids: "We have the brains of worms"

Categoría:Bioloxía do desenvolvemento
Categoría:Evolución