Un treball liderat per l’Institut de Biologia Evolutiva (CSIC-UPF) indica que els nivells del factor E93 a l’embrió de l’insecte és el que determinaria quin tipus de metamorfosi tindrà l’insecte. La disminució del factor E93 a la fase embrionària podria explicar l’aparició en l’evolució de la metamorfosi completa, que inclou fase de pupa
Com es transforma una eruga en papallona? Què determina la metamorfosi completa de les papallones, les larves de les quals són molt diferents de l’adult, i la metamorfosi simple de les paneroles, les nimfes i adults de les quals són molt similars?
“El misteri de la metamorfosi dels insectes ha fascinat l’espècie humana des de temps immemorials, i en els darrers 10 anys se n’han esbrinat molts detalls”, apunta Xavier Bellés, professor de recerca del CSIC.
Un descobriment recent molt important va ser esbrinar que el factor anomenat E93 determina el pas de juvenil a adult en tots els insectes, tant a la metamorfosi simple com a la completa. Tot i això, “seguia sent una incògnita com es dóna el pas en l’evolució de la metamorfosi simple a la metamorfosi completa”, és a dir, quin factor va determinar aquesta transició evolutiva.
Ara, un treball de l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE), centre mixt del CSIC i la UPF, fa llum sobre aspectes essencials d’aquesta incògnita. El treball, que acaba de publicar-se a la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) i està liderat per Xavier Bellés, indica que part de la resposta pot estar als nivells del factor E93 durant la fase embrionària de l’insecte. “El nostre treball revela que E93 a l’embrió sembla haver estat essencial en aquesta evolució”, apunta Bellés.
Els resultats revelen que, en el cas d’insectes amb metamorfosi simple, els embrions al principi del desenvolupament tenen nivells alts del factor E93”. En canvi, “als embrions d’insectes amb metamorfosi completa, E93 és present a nivells molt baixos o nuls”.
A la metamorfosi simple, E93 és indispensable per al correcte desenvolupament embrionari, indica Ana Fernandez-Nicolas, primera autora del treball, que va fer part dels seus estudis de doctorat a l’IBE (CSIC-UPF). “En paneroles, la reducció dels nivells d’E93 fa que l’embrió no es formi bé”.
No obstant això, E93 està a nivells molt baixos a l’embrió d’insectes amb metamorfosi completa, cosa que sembla indicar que la seva reducció estaria relacionada amb l’aparició d’aquest tipus de metamorfosi. “La nostra hipòtesi és que E93 determina el programa genètic nimfal, i que la seva reducció a l’embrió ha estat decisiva per a l’aparició de la larva i l’evolució de la metamorfosi completa”.
“Aquesta hipòtesi representa un nou paradigma a l’estudi de la metamorfosi dels insectes”, subratlla Xavier Bellés.
Dues estratègies metamòrfiques diferents
A la metamorfosi simple, com les de les paneroles o els llagostes, de l’ou emergeix una nimfa molt similar a l’adult. La nimfa creix a través de diverses mudes fins a arribar a l’adult reproductivament competent.
En canvi, a la metamorfosi completa, característica de les mosques o les papallones, de l’ou sorgeix una larva molt diferent de l’adult, que creix a través de diverses mudes, i passa per una fase intermèdia de pupa, que és inactiva i precedeix l’adult.
La metamorfosi completa és més avantatjosa, ja que larves i adults no competeixen pels mateixos recursos, com passa entre nimfes i adults dels insectes amb metamorfosi simple.
A tots els insectes, E93 promou la formació de l’adult. Per això, E93 va ser qualificada com el determinant de l’adult. Aquest estudi apunta que aquesta proteïna juga el paper “determinant de l’adult” des de la fase embrionària dels insectes amb metamorfosi simple, en promoure la formació de la nimfa, que no és més que un adult en miniatura.
“El corol·lari evolutiu d’aquesta hipòtesi és que la reducció d’E93 a l’embrió seria una condició necessària per a la formació d’una larva diferent de l’adult, i inventar l’èxit metamorfosi completa”, conclou Xavier Bellés.
El treball que es publica ara és el resultat d’una col·laboració internacional entre l’Institut de Biologia Evolutiva (CSIC-UPF), de Barcelona, la Universitat Jagellònica de Cracòvia (Polònia) i la Universitat de Kyoto (Japó).
Article de referència:
Ana Fernandez-Nicolas, Gabriela Machaj, Alba Ventos-Alfonso, Viviana Pagone, Toshinori Minemura , Takahiro Ohde, Takaaki Daimon, Guillem Ylla, and Xavier Belles,Reduction of embryonic E93 expression as a hypothetical driver of the evolution of insect metamorphosis, PNAS, 2023. https://doi.org/10.1073/pnas.2216640120
CSIC Comunicació Catalunya
Arriba: La disminució del factor E93 a la fase embrionària podria explicar l’aparició en l’evolució de la metamorfosi completa, que inclou fase de pupa, com en el cas de les papallones. Imatge: Pixabay.
Mig: Els resultats revelen que, en el cas d’insectes amb metamorfosi simple, com els saltamartins, els embrions tenen nivells alts del factor E93, indispensable per al desenvolupament correcte. En canvi, als embrions d’insectes amb metamorfosi completa, com les papallones, E93 és present a nivells molt baixos o nuls. A la imatge, nimfa de saltamartí (Pixabay)
Debajo: La reducción de los niveles de E93 al principio del desarrollo hace que no se forme bien el embrión de la cucaracha Blattella germanica. A la izquierda, imagen de un embrión normal; a la derecha, un embrión con niveles bajos de E93.