Desarrollo de las alas de murciélago

El orden Chiroptera , que comprende a todos los murciélagos, ha desarrollado la singular adaptación del vuelo propia de los mamíferos . Las alas de los murciélagos son extremidades anteriores de tetrápodos modificadas . Dado que los murciélagos son mamíferos , las estructuras esqueléticas de sus alas son morfológicamente homólogas a los componentes esqueléticos que se encuentran en las extremidades anteriores de otros tetrápodos. Mediante la evolución adaptativa, estas estructuras en los murciélagos han experimentado numerosos cambios morfológicos, como dedos palmeados, alargamiento de la extremidad anterior y reducción del grosor óseo. ^{[ 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 constituye 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 involucra muchas moléculas de señalización como FGF , BMP , SHH y WNT . La cresta ectodérmica apical es una estructura que se encuentra en el extremo más distal y se convierte en un centro de señalización clave para la extremidad en desarrollo. ^{[ 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 desempeñan un papel 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.

Aunque muchos de los mecanismos moleculares implicados en el desarrollo de las extremidades se conservan entre ratones y murciélagos, existen 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 ratones y murciélagos. Por lo tanto, es probable que esta importante transición morfológica haya sido consecuencia de cambios en la regulación cis . Los investigadores pueden estudiar la base genética del desarrollo de las alas de los murciélagos mediante hibridación in situ comparativa para examinar los dominios de expresión génica y mediante embriología experimental en ratones y murciélagos.

La formación de la membrana del ala del murciélago (el patagio ) permitió una mayor superficie del ala necesaria para el vuelo. La formación de todas las extremidades de los vertebrados inicialmente presenta tejido entre los dedos, tras lo cual se produce la apoptosis para separarlos. Es muy probable que las señales de BMP sean responsables de la apoptosis interdigital, ya que se expresan en el tejido interdigital y el bloqueo de la señalización de BMP previene la apoptosis interdigital . ^{[ 3 ]} Sin embargo, en los murciélagos, los genes BMP se siguen expresando en los interdedos y, aun así, 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 del murciélago durante un período 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 las BMP en el interdedo del ala del murciélago. Finalmente, la aplicación de BMP ectópicas y antagonistas de FGF a las alas de murciélago en desarrollo 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. Este alargamiento del esqueleto de la extremidad anterior es necesario 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 los 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 los 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 los murciélagos es casi idéntica a la de los ratones, pero encontraron un potenciador de prx1 específico de los murciélagos . ^{[ 8 ]} Cuando reemplazaron el potenciador prx1 del murciélago con el potenciador endógeno encontrado en ratones, estos ratones transgénicos tuvieron extremidades anteriores ligeramente aumentadas. 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 ha ocurrido un cambio en la vía de las BMP para dar lugar a dedos más largos en los murciélagos. ^{[ 9 ]}

Otra diferencia importante en las extremidades anteriores de los murciélagos radica en la densidad de sus extremidades esqueléticas. Los huesos que se encuentran en sus extremidades anteriores están reducidos para lograr el peso corporal ligero necesario para el vuelo. En particular, su cúbito está reducido en anchura y fusionado al otro elemento del zeugópodo, el radio. ^{[ 1 ]} Una de las posibles vías moleculares implicadas 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 ósea de los murciélagos es Hox-d13 , un gen perteneciente a la familia de genes Hox . Estudios de hibridación in situ han encontrado 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 encuentran 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.

• Evolución de los mamíferos