Un trabajo liderado por el Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF) indica que los niveles del factor E93 en el embrión del insecto es lo que determinaría qué tipo de metamorfosis tendrá el insecto. La disminución del factor E93 en la fase embrionaria podría explicar la aparición en la evolución de la metamorfosis completa, que incluye fase de pupa
¿Cómo se transforma una oruga en mariposa? ¿Qué determina la metamorfosis completa de las mariposas, cuyas larvas son muy diferentes al adulto, y la metamorfosis simple de las cucarachas, cuyas ninfas y adultos son muy similares?
“El misterio de la metamorfosis de los insectos ha fascinado a la especie humana desde tiempos inmemoriales, y en los últimos 10 años se han averiguado muchos detalles”, apunta Xavier Bellés, profesor de investigación del CSIC.
Un descubrimiento reciente muy importante fue averiguar que el factor llamado E93 determina el paso de juvenil a adulto en todos los insectos, tanto en la metamorfosis simple como en la completa. Sin embargo, “seguía siendo una incógnita cómo se da el paso en la evolución de la metamorfosis simple a la metamorfosis completa”, es decir, qué factor determinó dicha transición evolutiva.
Ahora, un trabajo del Instituto de Biología Evolutiva (IBE), centro mixto del CSIC y la UPF, arroja luz sobre aspectos esenciales de esa incógnita. El trabajo, que acaba de publicarse en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) y está liderado por Xavier Bellés, indica que parte de la respuesta puede estar en los niveles del factor E93 durante la fase embrionaria del insecto. “Nuestro trabajo desvela que E93 en el embrión parece haber sido esencial en esa evolución”, apunta Bellés.
Los resultados revelan que, en el caso de insectos con metamorfosis simple, los embriones al principio de su desarrollo tienen niveles altos del factor E93”. En cambio, “en los embriones de insectos con metamorfosis completa, E93 está presente a niveles muy bajos o nulos”.
En la metamorfosis simple, E93 es indispensable para el correcto desarrollo embrionario, indica Ana Fernandez-Nicolas, primera autora del trabajo, quien hizo parte de sus estudios de doctorado en el IBE (CSIC-UPF). “En cucarachas, la reducción de los niveles de E93 hace que no se forme bien el embrión”.
Sin embargo, E93 está a niveles muy bajos en el embrión de insectos con metamorfosis completa, lo que parece indicar que su reducción estaría relacionada con la aparición de dicho tipo de metamorfosis. “Nuestra hipótesis es que E93 determina el programa genético ninfal, y que su reducción en el embrión ha sido decisiva para la aparición de la larva y la evolución de la metamorfosis completa”.
“Esta hipótesis representa un nuevo paradigma en el estudio de la metamorfosis de los insectos”, subraya Xavier Bellés.
Dos estrategias metamórficas diferentes
En la metamorfosis simple, como las de las cucarachas o los saltamontes, del huevo emerge una ninfa muy similar al adulto. La ninfa crece a través de diversas mudas hasta llegar al adulto reproductivamente competente.
En cambio, en la metamorfosis completa, característica de las moscas o las mariposas, del huevo surge una larva muy diferente del adulto, que crece a través de diversas mudas, y pasa por una fase intermedia de pupa, que es inactiva y precede a la de adulto.
La metamorfosis completa es más ventajosa, puesto que larvas y adultos no compiten por los mismos recursos, como sucede entre ninfas y adultos de los insectos con metamorfosis simple.
En todos los insectos, E93 promueve la formación del adulto. Por ello, E93 fue calificada como el “determinante del adulto”. El presente estudio apunta que esta proteína juega el papel “determinante del adulto” ya en el embrión de los insectos con metamorfosis simple, al promover la formación de la ninfa, que no es más que un adulto en miniatura.
“El corolario evolutivo de esta hipótesis es que la reducción de E93 en el embrión sería una condición necesaria para la formación de una larva diferente al adulto, e inventar la exitosa metamorfosis completa”, concluye Xavier Bellés.
El trabajo que se publica ahora es resultado de una colaboración internacional entre el Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF), de Barcelona, la Universidad Jagellónica de Cracòvia (Polonia) y la Universidad de Kioto (Japón).
Artículo de referencia:
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 Comunicación Cataluña
Arriba: La disminución del factor E93 en la fase embrionaria podría explicar la aparición en la evolución de la metamorfosis completa, que incluye fase de pupa, como en el caso de las mariposas. Imagen: Pixabay.
Medio: Los resultados revelan que, en el caso de insectos con metamorfosis simple, como los saltamontes, los embriones tienen niveles altos del factor E93, indispensable para su correcto desarrollo. En cambio, en los embriones de insectos con metamorfosis completa, como las mariposas, E93 está presente a niveles muy bajos o nulos. En la imagen, ninfa de saltamontes.
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.