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martes, marzo 03, 2009

Homeosis de dedos de dinosaurios: Cuando la evolución predice las posibilidades del desarrollo

En el desarrollo del ala de las aves, es patente que los dedos se desarrollan a partir de primordios cartilaginosos que se convierten en los dedos 2,3 y 4 (indice, medio, y anular) en otros amniotos. Incluso se puede observar transitoriamente una pequeña condensación cartilaginosa anterior que sería un vestigio del dedo 1 (pulgar) 

Sin embargo, el registro fósil documenta con detalle la transición de dinosaurios terópodos a aves, y en este caso nos cuenta una historia completamente distinta, ya que en esta transición los dedos 4 y 5 (anular y meñique) se hicieron más pequeños y desaparecieron, quedando sólo las morfologías de los dedos 1,2 y 3. 

Para explicar esta peculiar situación, Wagner y Gauthier (1999) hipotetizaron que había ocurrido un desplazamiento homeótico en serie en la evolución del linaje de las aves, tal que los dedos 1,2, y 3 pasaron a desarrollarse de los primordios 2, 3, y 4. Esto implicaba asumir que al correrse la identidad de los digitos, el primordio que normalmente se desarrolla en el dedo 1 quedó "sin identidad" y que en esta posición "vacante" se desarrolla una condensación "truncada". Este evento podría coincididir con la pérdida del dedo 4, ocurrida hacia el origen de los dinosaurios tetanuros, "C" en la figura de abajo. A es Alligator, B es un dinosaurio temprano Coelophysis.


Tomado de Vargas y Wagner 2009

Hubo quienes rechazaron esta hipótesis ya que implicaba un cambio que no tenía ninguna "ventaja adaptativa"... 

Pese a desarrollarse a partir del primordio del dedo 2, el dedo anterior del ala tiene la morfología bifalangeal que es propia al dedo 1 de amniotos. Se ha demostrado además que en este dedo no hay transcriptos de los genes HoxD-11 y HoxD-12, tal como se observa sólo en el dedo 1 de la mano del ratón. También en crocodilia el dedo 1 carece de transcriptos de HoxD-11. Esto sugiere que el dedo anterior del ala  es un dedo 1.  Esta correspondencia de la transcripción de estos genes con el desarrollo de un dedo 1 bifalangeal se mantiene bajo una variedad de alteraciones moleculares-genéticas en ratón y pollo (amniotos máximamente distantes).

Ahora, un artículo en Evolution & Development ha demostrado que, por medio de la aplicación de cyclopamina en el ala del pollo, es posible producir de manera experimental un desplazamiento homeótico bastante similar al que se había inferido previamente para la evolución: dedos que normalmente se desarrollan de los primordios  2 y 3 ahora se desarrollan de los primordios 3 y 4. Esto es interesante porque antes sólo se habían obtenido de manera experimental transformaciones de dedos únicos, pero no así desplazamientos en serie de más de un dedo.  También es muy interesante que el primordio del dedo 2, al quedar vacante, se desarrolla como una condensacion vestigial, tal como se había inferido para la evolución de las aves. 
Fenotipo normal

Tratado con Cyclopamina, indicando condensación vestigial

 
Close-up de la condensación vestigial 


Referencia:
Vargas, AO y Wagner, GP. 2009. Frame-shifts of digit identity in bird evolution and Cyclopamine-treated wings. Evolution & Development 11(2): 163-9

jueves, diciembre 25, 2008

Predicting the evolution of Theropod arm size


In 1999 I published an article in the (cryptic) monthly news bulletin of the Museum of Natural History of Chile, entitled "Evolution of Arm Size in Theropod Dinosaurs: A Developmental Hypothesis". In this work, which I did as an undergrad, I tackled what seemed a consistent trend among species of theropod dinosaurs, the presence of proportionally smaller arm sizes in species with larger body size. Femur size correlates quite directly with body size in dinosaurs: I therefore took femur size as an indicator of body size and making a linear regression I obtained that Humerus = 0,387 (Femur)^0,6807, with a rather nice determination coefficient, R^2 = 0,89. It is, of course, very remarkable that this negative allometry would so nicely predict theropod humerus size. Rather than the usual adaptive explanations, I presented a developmental hypothesis: The ontogeny of the most recent common ancestor of the theropods presented slower growth of the arm than of the leg, with arms that were proportionally larger earlier in ontogeny, at smaller body sizes. Thereafter, evolutionary variation of different body sizes in different species descended from this ancestor simply reflected conservation of this ontogenetic trait, with smaller- or larger-looking arms as a consequence of body-size variation, rather than any process of "local" adaptation. In this context, the very bird-like dromaeosaurid dinosaurs would owe their proportionally large arms to their small body size. If this were indeed correct, if a dromaeosaurid species would evolve a larger body size, we would expect it to show short arms, unlike those of its small-sized, long-armed ancestors.
The recent discovery of the dromaeosaurid Austroraptor is just that: a pretty large dromaeosaurid, with proportionally small arms, despite being descended from long-armed, smaller ancestors.
So, how does the Vargas formula work for Austroraptor? The femur length of Austroraptor is 0,56 M, so the predicted humerus length is 0,261 M. The actual length of Austroraptor's humerus is 0, 262 M... not bad, hehehe.

Of course, my hypothesis has another more direct and straight-forward prediction: Within an ontogenic sequence of a theropod species, younger, smaller specimens should present proportionally larger arms than older, larger specimens. Unfortunately, I still don't know of any conclusive evidence for this in a non-avian theropod. However, this is known to have been the case for Prosauropod dinosaurs, the inmediate outgroup of theropods, which presented larger arm porportions at earlier stages of ontogeny. Furthermore, according to Middleton and Gatesy, there is preliminary data that forelimb size decreases in the gull Larus californicus form 43% in hatchlings to 38% in adults...suggesting, by phylogenetic "sandwich", that the same was true for non-avian theropods. I thus renew the validity of my prediction!
Vargas A 1999 Evolution of Arm Size in Theropod Dinosaurs: A Developmental Hypothesis. Noticiario Mensual del Museo Nacional de Historia Natural de Chile 338: 16-19

Novas, F. E., Pol, D., Canale, J. I., Profiri, J. D., Calvo, Jorge O., 2008. A bizarre Cretaceous theropod dinosaur from Patagonia and the evolution of Gondwanan dromaeosaurids. Proceedings of the Royal Society B.

miércoles, noviembre 26, 2008

Quick comments on Odontochelys

Odontochelys is the new basalmost triassic turtle, with a plesiomorphic ("primitive") presence of teeth (hence the name) and a most remarkable transitional aspect: It has a perfectly formed plastron yet no carapace. Odontochelys only presents the dorsal midline of the neural plates of the carapace, that are close to the neural spines but remain separate (which is not the case in more derived turtles).
Lets briefly recall what some evil saltationists (paleos and evo-devo's) have said about this. I remember Bob Bakker's book "The dinosaur heresies" (1986). There, he mentions the fact that in turtles the pectoral girdle is actually under the ribs, and points out that this qualitative aspect is hard to imagine to have occurred in more than a single step.
What can development tell us of all this? First, the plastron is derived from the neural crest, unlike the carapace, which is derived from a mixture of dermal bone and ribs. Second, the plastron ossifies before the carapace. Odontochelys reveals that this embryological and temporal separation also reflects a phylogenetic sequence. Scott Gilbert (yes, the book guy) points out that in turtles, the ribs have shifted dorsally, to developing within the dermis, a unique trait within amniotes. If an embryonic rib is experimentally inserted in the dermis of a chicken embryo, the result is ossification of the dermis surrounding the rib. Because of this paracrine effect on the dermis, Gilbert hypothesized that a single-step shift of the ribs to the dermis could have induced the origin of a well-formed carapace.

Some regard this hypothesis as incompatible with the hypothesis that an exoskeleton of separate dermal bones preceded the origin of the carapace. This incompatibility in my opinion is not quite so; dermal bones could have existed or not previous to the shift of the ribs closer to the dermis; the shift could have led to a single carapace. Critics to Gilbert's hypothesis have pointed out that in the carapace of the early (very fragmentary) triassic turtle Chinlechelys, ribs are not "immersed" in the carapace but run immediately below the surface of the dermal plates. However it is possible that this was sufficient for the paracrine effect leading to a single carapace "shell". Unfortunately we cannot know if the pectoral girdle was already under the ribs in Chinlechelys.

Even admitting the possibility of previous ostederms, Odontochelys is certainly something unexpected from the more "gradualist" perspective, which was "hoping" early stages of dermal armor would go back to remote Pareiasaur-like ancestors (see figure below). The full plastron of Odontochelys is pretty derived, yet this species has no "coat" of osteoderms.


From Joyce et al 2007. Odontochelys indicates that "coats" of osteoderms as in a) and b) did not precede the origin of the plastron
Odontochelys is consistent with the notion that a shift in the position of the ribs to greater proximity to the dermis could have induced a"radical" extension of dermal bone, from mere dorsal midline of neural plates, to a full carapace; as a third step, superficially attached ribs and dermal bones, became fully integrated with the dermal bone conforming the "true" carapace.

References:

Li C, Wu X-C, Rieppel O, Wang L-T, Zhao L-J (2008) An ancestral turtle from the Late Triassic of southwestern China. Nature 456: 497-501

Joyce WG, SG Lucas, TM Scheyer, AB Heckert, AP Hunt (2008). A thin-shelled reptile from the Late Triassic of North America and the origin of the turtle shell Proceedings of the Royal Society B DOI: 10.1098/rspb.2008.1196

Cebra-Thomas JA, Betters E, Yin M, Plafkin C, McDow K, Gilbert SF. 2007 Evidence that a late-emerging population of trunk neural crest cells forms the plastron bones in the turtle Trachemys scripta. Evol Dev. 9(3):267-77.

Cebra-Thomas J, Tan F, Sistla S, Estes E, Bender G, Kim C, Riccio P, Gilbert SF. 2005. How the turtle forms its shell: a paracrine hypothesis of carapace formation. J Exp Zoolog B Mol Dev Evol. Nov 15;304(6):558-69.

miércoles, noviembre 19, 2008

Paedomorphosis vs Adaptacionismo

Muchos habrán escuchado sobre uno de los rasgos más llamativos que presenta la paedomorphosis en la evolución de los seres humanos; si observamos un feto de 7 meses del chimpancé, vemos que presenta una distribución del pelaje como la de un ser humano, con el pelo concentrado sobre la cabeza. La verdad es que había escuchado este dato e incluso había visto un dibujo de la cabeza pero la verdad es que no existe reemplazo para una foto. Finalmente he encontrado una en la web, que originalmente fue publicada en el libro "The life of primates" de Adolph Schultz, (1969). Esto me ha permitido salir de algunas dudas. Puntualmente, hay pelo en la barbilla y los labios, como en el adulto humano; sin embargo, a diferencia del adulto humano, no hay pelo sobre los genitales. Aún me queda la pregunta de si hay pelo o no bajo los brazos. Otra novedad es que se observan cejas muy claramente demarcadas, que luego desaparecerán completamente (ver imagen a la izquierda). Notable!
Es curioso que, pese a que este dato se conoce desde hace ya bastante tiempo, aún se discuten diferentes hipótesis adaptacionistas para explicar la concentración del pelo sobre la cabeza del ser humano; la más popular es que esto evolucionó por selección para correr bajo el sol por largas distancias, lo cual, supuestamnete, le permitiría tener un cuerpo "refrescado" a la vez que se protegía al maratonista de la Sabana de la intensidad de los rayos del sol. Otras explicaciones citaban una supuesta menor vulnerabilidad a los parásitos, con selección sexual para explicar la permanencia del pelo sólo en la cabeza. Ninguna de estas hipóestis parece enterarse del hecho de que esta distribución se originó en la etapa fetal, donde claramente ninguno de estos factores fue relevante. Lo más gracioso es que, al confrontar a los adaptacionistas con este hecho (en discusiones en los blogs), tristemente no logran concederle ninguna relevancia; es una mera "coincidencia". No hay mejor ejemplo de cómo la ideología produce una cínica miopia intelectual incluso con los datos más evidentes. Hay quienes no se enterarían de la realidad aún si ésta les vomitase en los zapatos.

lunes, octubre 06, 2008

Homeosis en dedos de dinosaurios


Estimados, los que me conocen ya saben que el asunto de las homeosis me gusta, y por varias razones (no sólo por las razones freaky-estéticas de ver una mosca con patas en la cabeza). Otras buenas razones son: 1) que demuestran la posibilidad de que distintas partes en el cuerpo de un embrión pueden cursar la misma vía epigenética 2) que muchas son eventos de transformación cualitativa, un sólo evento que no encaja con la noción de "acumulación selectiva" (véase esto y esto) 3) que muchas veces no tienen absolutamente ninguna consecuencia adaptativa que no sea rebuscada y poco creíble 4) que son demostrablemente ubicuas en la evolución cuando se hacen comparaciones filogenéticas (véase por ejemplo esto)

En este sentido durante los últimos tres años lejos de chile (felizmente ya estoy de vuelta) me he dedicado al tema de la inferencia de un "desplazamiento homeótico" que habria ocurrido en la evolución del ala de las aves, tal que los dedos 1,2 y 3 comenzaron a desarrollarse a partir de las condensaciones cartilaginosas que en otros amniotos se convierten en los dedos 2,3 y 4; este evento sólo puede concebirse como algo de un sólo paso, y su valor adaptativo está lejos de ser comprensible. Cabe recordar que existen publicadas opiniones adaptacionistas que pese a la contundende evidencia de la filogenia y de la embriología, morfología y expresión genética comparadas, han puesto en duda la ocurrencia de este evento sólo porque no tendría valor adapataivo, o peor aún, se ha dicho que este tipo de cambio requeriría mutaciones con efectos pleiotrópicos carcameativos que deteriorarían seriamente el fitness.

Bueno, pues a la pamplina panadaptacionista hay que responder con comparaciones filogenéticas bien hechas, nada más. Donde manda cladograma, no manda la especulación adaptacionista (tendencia que se impone, duélale donde les duela a los ecólogos evolutivos más "clásicos")

Así es como con gusto les presento mi más visible publicación hasta el momento, gratis para la descarga de Ud, familia y amigos, en PLoS ONE (journal de libre acceso que rápidamente se ha perfilado como el "nature de los pobres")

Sin más, les dejo el link para que los más curiosillos se lean este simpático ( y no muy largo!) artículo.
Saludos,
Alexander Vargas (aka Sander)

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lunes, septiembre 22, 2008

Más sobre filogenia animal: el mundo de las placas

Ya reclamábamos en este blog por la falta de los legendarios Placozoa en los "grandes muestreos gran" de filogenómica animal. Los placozoa, han sido tildados de animal ancestral mientras que otros han insitido en que se trata de una simplificación secundaria. A mí me ha parecido siempre que sí, que es un linaje antiguo; los tipos celulares que presenta son más o menos típicos de phyla basales de animales (incluso el aparato de actina-miosina de células contráctiles de placozoa pre-existe en "protozoa") Las dos capas celulares de placozoa, ventral y dorsal, son notablemente diferentes. La condición de dos capas diferenciadas con un espacio al medio la vemos además en larvas de esponjas y tampoco es muy diferente a lo que se ve en la larva plánula de cnidarios. Otto Bütshcli en el sigo XIX, probablemente usando la más pura doctrina recapitulacionista, había adivinado (cuevazo más o cuevazo menos) una "plakula" ancestral y su invaginación en una gastrea antes de que se descubriera a los placozoa y su particular forma de invaginarse.
Podemos decir que los placozoa son una simplificación a partir de la larva de un animal más complejo, una esponja o cnidarios; o podríamos decir que se trata del metazoo más primordial conocido, cuyo perfil persiste en el embrión temprano de la ontogenia de los demás grupos (incluso blástula y gástrula temprana de bilateria).

En mi opinión las dos ideas contienen semilla de verdad. Consideremos la propuesta (aún vigente) el origen coanozooide de los primeros metazoa, que va de la mano con la idea que los porifera serían parafiléticos, es decir, descendemos de las esponjas (Oh dioses del NSF: secuenciad esponajas hexactinélidas, YA!!!). Si todo eso está en lo correcto, entre un "coanozoa" colonial filtrador y esponjas, quizás no hay mucho lugar para una etapa placozoaria.Donde sí parece haber más espacio, es en la transición de esponjas a epitheliozoa. Los adultos son muy diferentes, pero las larvas son parecidas; pueden descender los unos de los otros por vía de un estado paedomórfico en que la larva es el adulto.... exactamente, como placozoa. Y ESTE ancestro placozooide, ahora sí que sí, persistiría al más puro gusto de Haeckel en las plánulas y blástulas de la ontogenia de los cnidarios y bilateria.

Y cómo anda todo esto con las grandiosas nuevas filogenias moleculares? Pues no tan mal, sin bien los infaltables agujeros en el muestreo taxoómico aún dejan las cosas medio inestables. Tenemos este trabajo reciente, altamente publicitado, basado en genomas completos:







Aunque placozoa sale como grupo hermano de epitheliozoa, todavía me aguantaré de saltar en una pata, debido al defectuoso muestreo taxonómico (La ínica esponja muestreada es una demospongita, Amphimedon. Monosiga es un coanoflagelado, Lottia es un grastrópodo. Nótese que con este muestreo no hay forma de descartar que los placozoa sean la larva paedomoórfica de una esponja. Esa hipótesis sigue vigente

Esta filogenia reciente de los coanozoa en cambio tiene un rico muestreo taxonómico y viene a confirmar con bastante seguridad que los coanoflagelados son el grupo hermano de los metazoa.




















Referencias:

Srivastava, M., Begovic, E., Chapman, J., Putnam, N.H., Hellsten, U., Kawashima, T., Kuo, A., Mitros, T., Salamov, A., Carpenter, M.L., Signorovitch, A.Y., Moreno, M.A., Kamm, K., Grimwood, J., Schmutz, J., Shapiro, H., Grigoriev, I.V., Buss, L.W., Schierwater, B., Dellaporta, S.L., Rokhsar, D.S. (2008) The Trichoplax genome and the nature of placozoans. Nature 454:955-960. [doi:10.1038/nature07191]

Shalchian-Tabrizi K, Minge MA, Espelund M, Orr R, Ruden T, et al. (2008) Multigene Phylogeny of Choanozoa and the Origin of Animals. PLoS ONE 3(5): e2098. doi:10.1371/journal.pone.0002098

P.D. Hagamos un nucleo decenio de carne y hueso!! Sanders en Chile Lunes 29 de Septiembre, lo trae mote con huesillos light

martes, julio 08, 2008

NOTHING IN EVOLUTION MAKES SENSE BUT IN THE LIGHT OF BIOLOGY

Inverted Dobzhansky (in Chilean Andes)

This phrase was recently uttered at an evo-devo symposium by MQ Martindale. By turning Dobzhansky's dictum on its head, Martindale was referring to how the study of the development of marine invertebrates is crucial to reconstruct the evolutionary history of metazoa (1). However, this phrase can find unsuspected depths in its resonance, quite beyond the reconstruction of natural history. It reminds us of the big crime that was the elimination of developmental biology from the neodarwinian synthesis (buried in the name of population genetics).
In fact, the actual priority that should be given to organismal biology, including development, continues to evade much mainstream evolutionary biology, which continues to show too much adaptationist-reduccionist nonsense as a result of a doctrinary enthronization of population genetics.
Take the case of Richard Lewontin. He gets close to the truth on many counts but does not acknowledge the centrality of having a theory of organism. Without this, placing the focus on population genetics (his field) will always be misleading: the organism is collapsed between the gene level and the population level. In other words, to get a correct view of evolution Lewontin would have to renounce to population genetics as the basic framework and thus be willing to erase the blackboard for a new starting point. Notice that by erasing the blackboard I do not mean to destroy the achievements of population genetics, denying any of its utility for answering specific questions. It is merely not to consider it as starting point of all evolutionary understanding.
In fact, biology is a larger topic than population genetics, even larger than evolution itself. Yet the absence of a generally accepted theory of organism has led to confuse the branch with the root: thus the vaccum at the roots is not properly acknowledged.
This, however, did not happen to Humberto Maturana upon being asked by a medicine student "what happened at the origin of life, such that we can say that life began?". Suddenly realizing he did not have a theory of organism, Maturana blushed and was only capable of promising the student he would think it over and answer his question next year.
The result, as many chilean and brazilian biologists already know, was the theory of autopoiesis, a theory of the basic organization of the living. A systems perpective providing minimal theoretical terms for understanding exactly what is goig on in organisms, such that they exhibit the properties we observe. This is not a definiton made for evolutionary biology; it is a definition for life, and as such, universal to all biology. This is why the notion of auotopoiesis has proven fruitful in the theoretical discussion of fields of biology that would appear completely dispar, for instance, the study of abiogenesis; inmunology; and neurobiology (not to mention a somewhat distorted use of the term that has become very popular in the social sciences).
And it so happens that the systems perspective of autopoiesis, focused on the organism, has implications for the understanding of evolution, too...

(1): Like myself, Martindale proposes a ctenophore-like ancestor of bilateria: See Vargas and Aboitiz 2005.

miércoles, junio 25, 2008

La historia de la biología evolutiva en Chile... según Medel

(ATENCIÓN: NO OLVIDAR LEER ADEMÁS ACLARACIÓN AL PIE DE ESTA NOTA)

Hace poco me llegó un PDF de un trabajo "en prensa" de Rodrigo Medel (Facultad de ciencias de la universidad de chile). Aunque no sé donde se publicará, entiendo que Medel mismo autorizó la distribución de este material y que no existen contraindicaciones para discutirlo acá; el PDF lo encontrarán donde siempre.

El trabajo es lo más reciente en lo que han sido una serie de opininones publicadas sobre el estudio de la biología evolutiva en Chile. Medel encaja claramente en el perfil de lo que el historiador de la biología Ron Amundson (2005) describe como "synthesis historiographer", es decir, alguien cuya narrativa de la historia se entrelaza con una defensa del neodarwinismo. Presenta ciertas distorsiones típicas, especialmente la tendencia a ver la genética de poblaciones como la iniciativa más valiosa: Debido a esto, los logros de personajes de esta área (como Danko Brncic) son enfatizados, mientras que falla en documentar o evaluar apropiadamente el desarrollo e importancia logrado desde otras áreas de la evolución en Chile. Adicionalmente, Medel confronta la crítica al énfasis en la selección natural en Chile como una especie de aberrante enfermedad local, sin reconocer que se trata de un fenómeno internacional que desde los 60's viene desestabilizando la hegemonía alguna vez gozada por el neodarwinismo ( su "edad dorada" fue la postguerra de los 40's-50's)

Una notable omisión histórica hecha por Medel es la corta pero influyente estadía del prestigioso paleontólogo y biólogo argentino Osvaldo Reig, quien trabajó en la facultad de medicina de la U. de Chile, y que fue nada menos que el fundador del instituto de ecología y evolución de la Universidad Austral (según al menos dos obituarios, en J Mammalogy y Genetica). La estadía de Reig fue corta, debiendo escapar para el golpe militar, pero dejó huella , especialmente en el acercamiento citogenético al estudio de la evolución en Chile. Reig también trabajó en el museum of comparative zoology en Harvard, y es un inolvidable de la paleontología de vertebrados tras estudiar el "clásico" dinosaurio temprano Herrerasaurus.

Es notable, además, que Medel no hiciera investigación alguna del interesante conflicto que se dió en la U. de Chile entre los naturalistas-profesores y médicos-experimentalistas, y las fracturas que ante el desprecio mutuo han sido la única solución: la separación del pedagógico de la U. de Chile, y la separación del departamento de ecología y biología al interior de la facultad de ciencias. La patente existencia de los naturalistas-profesores como tradición aparte no es rescatada por Medel. Pero el instituto de entomología de la UMCE sigue ahí. El profesor Daniel Frías, que trabaja en la genética de insectos, ha publicado un interesante libro sobre sus estudios de evolución de insectos, un libro muy serio, de escasa afinidad con la ortodoxia darwinista, y que Medel por supuesto, no incluyó en su censurada "foto" de la diversidad intelectual chilena en materias de evolución.

El siguiente "cuento" muestra los prejuicios torpemente disimulados de Medel:

"When democracy was re-established in 1990, after 17 years of military dictatorship, teaching and research in genetics and evolutionary biology had not changed substantially neither in scope nor depth, in part due to the political isolation of Chile, which restricted the chance of academic and student exchange with foreign countries. The development of evolutionary biology in Chile during that period was kept constant at best. With only a couple of exceptions, the few courses of evolution available emphasized non-scientific topics that provided fertile ground for epistemological discussions but not for scientific research"

De qué se hablaba en la mayoría de las clases de evolución en los 80's? De astrología? Creacionismo?

La calificación de "no-ciencia" nos dice más sobre la visión "positivista simple" de Medel, que separa del todo epistemología de ciencia.
Aunque culpando a los alcances negativos (innegables) de la dictadura imperante, Medel reconoce que en los 70's y 80's hubo un estancamiento dentro de la genética de poblaciones. Sin embargo, en otras áreas (específicamente en el área de la neurobiología) en Chile se desarrollaba un nuevo marco teórico para la biología, basado en la teoría de sistemas, del cual se desprenderían importantes implicaciones evolutivas.
Este nuevo esquema no se construye pensando en la genética de poblaciones, sino para la biología en general. Desde un punto de partida completamente distinto, se recuperan conclusiones sobre la evolución, esbozadas algunas en los libros clásicos Maturana y Varela ("De máquinas y seres vivos" 1973, "El árbol del conocimiento" 1982). Se trata de los únicos libros de biología teórica escritos por chilenos que han disfrutado de verdadero éxito académico y editorial, nacional e internacional. Pero medel decidió no mencionarlos en su historia. Medel se nos hace el loco con el éxito de la noción de autopoiesis introducida por Maturana y Varela para caracterizar a los sistemas vivientes. Desconoce la innegable influencia teórica y experimental que ha tenido la noción de autopoiesis en el campo del origen de la vida. Desconoce los vínculos de Maturana con Heinz Von Foerster, y su categoría como uno de los pioneros de la teoría de sistemas en su aplicación a la biología.

Y por supuesto desconoce todo valor al trabajo de Maturana y Mpodozis 1992, publicación especial del Museo Nacional de Historia Natural de Chile, el cual es un trabajo que Medel aún no es capaz de entender. Si leyera con cuidadito, sabría que este es un trabajo realmente adelantado a su tiempo, que diagnosticó con anticipación la actualmente revindicada importancia de la plasticidad fenotípica, además de introducir nociones sistémicas de herencia y desarrollo, todo esto muy en línea con lo más recientemente expresado por destacados autores como Piggliuccci, West-Eberhardt, Oyama, Weiss y otros.

Medel continúa contando cuentos:

"More specifically, by questioning not only the prevalence but the entire existence of natural selection as a force driving evolutionary change, a peculiar all-inclusive perspective elaborated in the 70s gained adherents in young and uninformed undergraduate students (see Maturana-Romesín & Mpodozis 2000). Although this doctrine stimulated an interesting debate among Chilean naturalists (e.g., Gallardo 1997, Camus 2000, Nespolo 2003), it had a strong detrimental impact on several cohorts of students, ultimately retarding the advance of evolutionary biology research in Chile. Fortunately, the situation has changed in the last few years as an increasing number of students are involved in scientific research on a diverse array of evolutionary questions. For example, although still in their infancy, the areas more developed in Chile are evolutionary ecology, population and quantitative genetics, systematic biology, and biogeography. Areas less represented include genomics-bioinformatics, and paleobiology. The areas still absent include experimental evolution and evodevo (Roberto Nespolo, pers. comm.)"

Este tipo de tonterías son transparentes en su mera motivación denostadora, porque son completamente falsas. Medel intenta tapar el sol con un dedo. La verdad es que, dentro de esas cohortes de pobres alumnos que se "perdieron" en el maligno lavado de cerebro Maturánico, han surgido los únicos exponentes del Evo-Devo en Chile (Que sí, Medel, que el evo-devo en Chile existe, diga lo que te diga nespolito). El más antiguo Evo-Devo de Chile es Francisco Aboitiz, quien estuvo en el lab de Maturana. Aboitiz fue mi tutor de tesis. Estoy yo, colaborador cercano del lab (donde ya pronto estaré instalado!) y también , otro colaborador del lab, Carlos Guerrero (Catelo). En pocas palabras: los pocos chilenos que han encabezado publicaciones en revistas como Evolution & Development y JEZ part B, son todos vinculados al rayo. La solución de Medel? Sencillamente, no existimos. Flor de historiador!

Vale la pena destacar además que en el ex- departamento de morfología (hoy anatomía y desarrollo) de la fac. de medicina de la universidad de Chile ha trabajado por muchos años David Lemus, quien es legítimamente un precursor del evo-devo en el país, estudiando la embriología de reptiles chilenos. Especialmente, a partir de los 80's desarrolló investigación en dientes quiméricos en combinaciones heteroespecíficas de tejidos embrionarios del pollo y lagartijas chilenas, que continúa siendo muy citada en el área Evo-Devo. Ha sido por largo tiempo uno de los pocos preocupados de la enseñanza de la embriología comparada en Chile, manteniendo para esto un notable pequeño museo zoológico- didáctico. Otro de "los olvidados" en el esquema neodarwinista de Medel.

En la incompleta y cuentera historia de Medel, el Chile de las últimas décadas queda parado como un país más patético, más chato, menos diverso, y más dependiente de la influencia del "primer mundo", de lo que realmente es.

Referencias:

Amundson, R. 2005 The changing role of the embryo in evolutionary thought. Cambridge University

ACLARACIÓN: He recibido un email de Roberto Nespolo reclamando por la mención de su nombre en este blog. Asumiendo que este blog sólo lo leían los regulares, me referí a él en tono humorístico como "Nespolito"(supongo que los rumores vuelan!). Usar ese tono humorístico y cómplice (pensando que no necesariamente llegaría a oídos del afectado) fue un error licencioso de mi parte y pido diculpas por ello; por otra parte el incidente produjo en e-mail de Nespolo que sirve para aclarar su propia opinión , ya que él reconoce que la aproximación al Evo-Devo en Chile existe, encontrándose al tanto del trabajo de gente como Francisco Aboitiz y Miguel Concha. Que se entienda entonces claramente que lo que aparece citado por Medel como "Nespolo, pers comm" no refleja la opinión de Nespolo sobre las diferentes áreas de la biología evolutiva representadas en Chile. Aclaración agregada 21/07/08.

sábado, junio 21, 2008

Is everything OK with Olfactores? A call to properly assess morphological implications

When molecular phylogenies do not coincide with the morphological phylogenies, this is a serious problem. Experience tells us that its not a matter of assuming the morphological data is equivocal; specially if it is completely uncontroversial within (morphological) phylogenetic systematics. Many times the conflict thereafter disappears, specially upon better taxon sampling of molecular data (Note: increasing the number of adequate taxa seems to be of much greater consequence than increasing the number of genes). We all remember that "sharks are teleosts" thing. This is why it is good to know the exact "morphological cost", or extra morphological transformations, that are implied by molecular hypotheses that openly conflict with morphological phylogenies. If the conflict shows no resolution by further studies, it is not a matter of assuming the molecular data must be "the correct one"; or at least, if you are going to make that assumption, KNOW the implications for the evolution of morphology!

Is something smelling fishy about the phylogeny of the chordates? Or is everything OK? At record speed, the evo-devo community has accepted the results of the latest molecular phylogenies, that vertebrates are closer to urochordates than to cephalochordates. Olfactores = Urochordates + Vertebrates. This term was born in the context of a marginal theory of Jefferies (1981) within his interpretation that the fossil Homalozoa ("calcichordates") are the ancestors of chordates (other paleontologists consider Homalozoa to be basal echinoderms).

The recent publication of the entire genome of Amphioxus has further repeated this result for the comparison of an astounding 1090 genes in a phylogenetic analysis (Putnam et al 2008) that included important groups that are frequently left out, such as an acorn-worm, and a larvacean urochordate.
Given that the Olfactores are becoming accepted as some "new truth", it is interesting to review why never before had this notion attained popularity, the most common assumption being that cephalochordates and vertebrates were closest, conforming a clade Euchordata (also called "Myomerozoa" for the presence of somites). Actually, just a glance at amphioxus, a very fish-looking creature, should make us immediately suspect that the olfactores is probably not consistent with the most parsimonious morphological history; that is, that we may have the proverbial case of a clash of molecular vs morphological phylogenies.

Everybody agrees that urochordates have secondarily lost traits. This is obvious when the traits absent in urochordates are present even in hemichordates , such as coelomic cavities, and several (not just one) pairs of branchial openings. However, the list of things lost in urochordates increases substantially if we consider Olfactores to be real: for instance, the loss of somites, and several vertebrate-like gene expression patterns in the developing neural tube.

In this sense, it is important to point out that the exact morphological cost of the olfactores, in terms of assuming extra steps beyond parsimony, has not being adequately discussed or investigated yet. An important conflict with morphology and gene expression is looming, but people are failing to see it.

For instance, a recent comment (Swalla and Smith 2006) says "an extensive cladistic reanalysis of morphological data found strong support for Olfactores ( Ruppert 2005)". However, the cited work of Ruppert is not a cladistic analysis at all, but a "homology analysis", the mere mapping of proposed events assuming that Olfactores is real, for a limited set of traits. Further, the morphological cost of the olfactores is hardly rescued by Ruppert 2005, which cites only a few of the most notorious losses we must assume occurred in the urochordates (for instance, Ruppert fails to mention any of the similarities of gene expression between the neural tube of cephalochordates and vertebrates)

In good faith, we must assume that Swalla and Smith were thinking about another morphological analysis that is cited as support for the olfactores, namely the cladistic analysis of all metazoa made by Zrzávy et al (1998). While indeed Zrzávy et al. is an extensive analysis (238 traits), it does not specifically address the question of the phylogeny of chordates , but of metazoa in general. So actually only a minority of these traits are bound to be relevant to the question of chordate phylogeny. Further, despite the non-traditional placement of the urochordates retrieved by this analysis, Zrzávy et al did not make any mention of this result in their discussion, concentrating on other aspects of animal phylogeny. No list of "Olfactorian" synapomorphies was discussed. The analysis by Zrzávy has been criticized at length by Jenner 2001 on various grounds, such as the assumptions made in the definition and polarization of traits.

With no explicit cladistic analysis of chordates for an alternative phylogeny , the review by Rowe (2004) of chordate phylogeny does not even mention the work by Zrzávy or the possibility of the olfactores. Indeed, the best references for a cladistic analysis specifically focused on the chordates are earlier works (Maisey 1986, and Schaeffer 1987), which support the euchordata, and are largely accepted within the community of phylogenetic systematics. However, these studies will fail to collect numerous newly described traits shared by cephalochordates and vertebrates, from gene expression patterns to fine structure of the nervous system. So, in fact, a new updated cladistic phylogenetic analysis of the cephalochordates is needed to establish the precise consequences of the Olfactoria for the morphological history of the chordates.

It is certainly possible that this new analysis may show the history implied by olfactores to be too absurd, implying too many reversals or convergences. If this is the case, it is not just a matter of going with the molecular phylogeny over the morphological; rather, the possibility of an artifact in the molecular studies must be taken into account (yes, even with 1090 genes! )


This is the tree of the 1090 genes (Putnam et al 2008). Some observations:

1) As usual, the longest branches of the chordates are the Urochordates. Also, notice that this effect is not mitigated by the large amount of genes; that is, abnormally high substitution rates is a genome-wide phenomenon. Is it possible that high substitution rates may distort the phylogenetic signal of entire genomes? Also, notice the low 76.4 % bootstrap value support for the monophyly of chordates. Traditionally, molecular evidence has had some problems retrieving this node, which is, from a morphological perspective, a very straight-forward conclusion

2) Hagfish, morphologically the most basal vertebrates , were not included in this analysis. In fact, the position of hagfishes haunts this entire issue, since it is a case in which a clear conflict of molecules vs morphology still lives on

3) Despite the general trend of nuclear genes to support the olfactoria, the comparison of entire mitochondrial genomes supports the classic hypothesis of euchordata (Bourlat et al. 2006). Further, this is also the case when discussing the relationships of Hagfishes, supporting them as basalmost vertebrates (Yu et al. 2008). Why this diference ? Is it possible that the mitochondrial genomes have been spared from some source of artifact affecting the phylogenetic signal of nuclear genes?

References.

Bourlat et al 2006 Nature 444:85-8

Jefferies 1981 Zool. J. of Linnean Soc. 73, 351-396

Jenner 2001 Syst. Biol. 50(5):730-742

Putnam et al 2008 Nature 453: 1064-1070 doi:10.1038/nature06967

Rowe 2004 In: Cracraft & Donoghue, Ed. Assembling the tree of life. Oxford. pp 384-409

Ruppert 2005 Can. J. Zool. 83: 8–23

Swalla & Smith 2006 Phil. Trans. R. Soc. B doi:10.1098/rstb.2007.2246

Yu et al. 2008 J. Genet. Genomics 35: 285-290

Zrzávy et al. 1998 Cladistics 14, 249 -285

miércoles, junio 18, 2008

Evo-Devo: The Good, the Bad, and the Ugly.

THE GOOD: Homology assesment evo-devo, and epigenetic evo-devo. Evo-Devo that works on the pretty empirical task of assessing problematic homologies, with tree-based inferences on the evolution of development, continues to greatly help the reconstruction of the evolutionary history of life on earth. Epigenetic evo-devo's, in turn, understand that developmental biology is not genetics. They have realistically confronted the role of higher level and environmental epigenetic interactions in development, and thus also in the origin of evolutionary novelties. Both of these tend to emphasize how standing developmental mechanisms, and not natural selection alone, are essential to the pathway taken by evolution.

THE BAD: Reductionist "regulatory" evo-devo. Dangerous, because it is is upheld by important figures of evo-devo, presenting itself as a triumph and empirical conclusion. Yes, mutations in cis-regulatory regions are commonplace in evolution, but these people seem to have reductionist difficulties in understanding there is anything more beyond finding such a mutation. The notion that only non-coding "regulatory" sequence changes can produce localized expression (in time or space) simply makes no good developmental sense. As Lillie pointed out, all cells have the same DNA content, including the "regulatory" elements; whether a gene is expressed or not still varies from cell type to cell type depending on something else as well. In other words, Lillie's "paradox" forces the question: "who regulates the regulators"? This question reveals that "regulation" is nothing but a sloppy, semi-nonsensical wastepaper-basket term. Both coding and non-coding sequences can be "regulatory". Even environment can "regulate" gene expression. Genes are expressed differentially in cells, NEVER because of their "regulatory" sequences alone, but ALWAYS including the higher-level and environmental interactions at the cell and tissue level, which explain "Lillies paradox". (again: This is why developmental biology is different from genetics!). Focusing only on one type of mutations (cis-regulatory) is just a re-strengthened version of the old reductionist fallacy that genotype=phenotype. This false equivalence ultimately downplays the role of understanding development, the actual mechanisms that relate genotype to phenotype. Without really introducing developmental mechanisms, no serious challenge is made to the hegemony of population genetics as a way of understanding evolution. Yes: The bad is a traitor of development, for love of genetics. Evo-Devo can now become a mere footnote: The largely uninteresting filling-in of superfluous data on "what the specific mutations were".

THE UGLY. Just plain wrong or artifactual topics, mostly born from the lack of proper integration of different fields of research. Specially silly is the "conflict" between microevolution and macroevolution. Doubtless, the study of microevolution offers many advantages. But this does not mean at all that a macroevolutionary study will not be able to derive sound conclusions: when the evidence is there, there is nothing to say about the micro or macro level in which a question is satisfactorily answered. That comparable experiments can only be tested between closely related species is a myth: gene expression experiments can produce the same phenotypic alteration despite hundreds of millions of years of separation.
This follows in an old lab-bench tradition of being purely "experimental" negating any need to know much about natural history and macroevolution. It also relates to "blind" faith in molecular phylogenies, that is, with little capacity for critically evaluating these studies (such as by morphologica implications). As a result, plain artifacts of the tree become the basis for many weird hypotheses (I have argued before this is happening right now, with new supposed clades such as "urochordates+vertebrates"). Studies continue to emerge where well-established facts of natural history are swept aside in favor of some "groundbreaking hypothesis".
Many Evo-Devos have thought that macroevolution is some kind of truly radical "body plan" change with mechanisms quite different from those observed at a microevolutionary level, appealing to some mysterious happenstance of the past for the origin of phyla or higher "grades". However, Evo-devo's are slowly wisening up to the fact that macro and micro evolutionary change proceeds pretty much in the same way, with the simple fact being that lineages diverging earlier can accumulate greater differences (as pointed out before)

martes, junio 17, 2008

Answering Cuvier: Notes on the systemic/historical nature of living beings

Más literatura subversiva y underground; por fin tenemos el trabajito de Cecchi, Vargas, Villagra y Mpodozis 2004 en pdf (donde siempre!). Releyendo esta joyita (a la cual sólo contribuí afinando el inglés y con modestas pizcas de aliño) surge una bonita reflexión: ¿Qué tan diferente es el desafío de entender el desarrollo al de entender la evolución? Hay muchas cosas en común: La constante coherencia interna y con el medio, a través de un proceso radical de transformación biológica que incluye aumentos de complejidad. Incluso, el desarrollo puede librarse de algunas presunciones que son adhosadas incorrectamnete a la evolución; por ejemplo no es muy defendible que el desarrollo sea un proceso de cada vez mejor ajuste al medio; más bien, contemplando un ciclo de vida, es evidente que cada etapa del desarrollo está ajustada a su medio. En efecto, ambos evolución y desarrollo son procesos de deriva sistémica-histórica, con continua participación del medio y en conservación de la adaptación.



Mientras la visión estructuralista de Cecchi et al. lleva a reconocer a desarrollo y evolución como procesos del mismo tipo, la visión ortodoxa, en vez de preocuparse por entender el desarrollo (la VERDADERA relación genotipo-fenotipo), se contentan con una metáfora de que el fenotipo está programado en el genotipo tal que genotipo = fenotipo. Con este ardid reduccionista, el adaptacionista darwiniano se ha convencido a sí mismo de que no es necesario entender de desarrollo para entender de evolución.

Tsk,tsk.

Cecchi C, Vargas A, Villagra C, Mpodozis J. 2004 Answering Cuvier: Notes on the systemic/historical nature of living beings. Cybernetics and human knowing 11(4): 1-19

miércoles, abril 09, 2008

Deep-time dinosaur phyloepigenetics

West-Eberhardt repeatedly mentions in her book the case of the two-legged goat, born with no forelimbs, that learned to walk bipedally, and developed several hip traits, bipedal "adaptations". Certainly, to understand the development of these hip adaptations, we would be ill-advised to concentrate on the molecular mechanisms underlying cell-death in the embryonic forelimb, who have only indirect "causation", far removed from the actual mechanisms involved in the largely non-genetic influence on this trait. Comprehension can only come from observing the higher-level interactions and the direct developmental effects of emerging epigenetic interactions. It is interesting to think just how many aspects of our phenotype are, like this, only very indirectly related to the genotype (from a systems view, a mutation can be nothing but a "trigger").

I still remember when it dawned upon me in 2001; ALL vertebrate limbs, universally, grow longer with mechanical stimulation and use. I thought about early theropod dinosaur's reduced forelimbs. Even if bipedality were the result of some mutation enlarging legs or shortening arms (by the way: probably not, but behavioral), the arms would receive less mechanical stimulation when relieved from locomotion, whereas the legs now bear the entire body's weight. There is no way this is not going to decrease growth in the arm , increase it in the leg, and enhance forelimb-hindlimb size differences. Enter here the field of phyloepigenetics, which we previously named on this blog; the recopilation of cases of epigenetic explanation of evolutionary differences. This time I present a case of a deep-time epigenetic apomorphy: The fibular crest of the tibia of Theropod dinosaurs and their living representatives, the birds. Here are some photographs of this rectangular crest, that extends from the large tibia onto the thinner fibula (both elements of the "shank" or zeugopod). Since this is a trait of all theropods, the fibular crest must be at least 230 million years old. Two different birds species illustrating the fibular crest of the tibia, upwards, rectangle-shaped (from Müller and Streicher 1989)


The fibular crest is an apomorphy of theropod dinosaurs. On the left, a theropod; right, a non-theropod dinosaur (Müller and Streicher 1989)

It turns out that this crest is a sesamoid bone, that is, a bone that develops within connective tissue as a result of mechanical stimulation; first cartilage is formed in the stimulated region; this cartilage may thereafter ossify originating the sesamoid bone (The chicken patella and human knee-caps are sesamoid bones that develop from within tendons). We can say that the sesamoid bones are to connective tissue what callosities are to epidermis. All of this with plenty of experimental confirmation, such as mechanical forces in abnormal places, etc.
The fibular crest of the chicken develops as a cartilage in the narrow space between the tibia and the fibula. In theropod evolution the fibula became thinner; this may be the reason why muscles that in other reptiles pull the leg backwards and project exclusively onto the fibula, in the chicken embryo also hit the connective tissue between the fibula and the tibia, provoking the development of a new sesamoid cartilage. This cartilage therafter ossifies into the crest, tightly connecting the tibia and the fibula in the adult. This crest in birds is certainly "adaptive" since it is fundamental to have a functional leg (because the fibula in birds no longer connects distally to the foot!) Yet against the adaptationist intuitions of old-style lamarckism, or of reformed "epigenetic darwinists", nothing in all those millions of years has produced a mechanism for developing this bone without movement. It still relies on the same "good old" mechanical stimulation. If the embryo is paralized , for instance, with a postsynaptic blocker, the cartilage of the fibular crest is no longer formed. The unavoidable effects of higher-level interactions have remained the basic mechanism by which this trait is developed .


From Müller 2003

The authors of the study share some wisdom with us:

"The de novo formation of skeletal elements addresses an important but largely neglected issue in evolutionary theory: the origination of morphological novelty. This generative problem of organismal evolution is sidestepped in traditional accounts that focus on the gradual variation and adaptation of characters and calculate their population genetic underpinnings. The studied characters are usually taken as given, and their origination is tacitly assumed to be based on the same mechanisms as their variation and adaptation. There is growing awareness that this does not need to be the case and that innovation should be treated as a distinct problem of
evolution"

Müller GB and Streicher J. 1989. Ontogeny of the syndesmosis tibiofibularis and the evolution of the bird hindlimb: a caenogenetic feature triggers phenotypic novelty. Anat Embryol. 179: 327-339

Müller GB. 2003. Embryonic motility: environmental influences and
evolutionary innovation. Evol & Dev 5:1, 56–60

jueves, marzo 27, 2008

Phyloepigenetics II: Reversión de troglomorfismos en especies hypógeas

Sé que había prometido un ejemplo de dinosaurios, ya viene pronto pero por ahora acabo de comprarme un nuevo scanner así es que aprovecho de probarlo y compartir con uds esta impresionante foto que es a la vez un ejemplo magnífico de phyloepigenetics, (lo que acá bautizamos como diferencias epigenéticas entre especies), llevado a la comprobación experimental. La salamandra Proteus vive en las cavernas y por lo general tiene ojos vestigiales, apenas presentes, además de un color notablemente pálido


La salamandra de abajo también es Proteus pero ha sido crecida bajo un régimen de exposiciones a la luz. Como ven se parece bastante más a las especies de salamandras que viven fuera de las cavernas, desarrollando el ojo y además un sensual tono bronceado. Un detalle interesante: este experimento se hace con luz roja, ya que con luz normal la epidermis sobre el ojo se pigmenta con fuerza e impide que la luz incida en él. Otra cosa; este experimento ha sido repetido por distintos investigadores, figurando en algunos libros de texto. Lo que rara vez se menciona es que el primero en hacerlo fue Paul Kammerer (de cuyo libro saqué la imagen). Y bueno, para los que puedan tenerle desconfianza a Kammerer, abajo tienen un experimento parecido, comparando la respuesta a la luz de peces hypógeos con la de peces de la superficie, e híbridos entre los dos; podemos ver que hay un efecto epigenético en las diferencias; crecidos con luz los ojitos del pez hypógeo son bastante más notorios, y los peces de superficie presentan ojos más pequeños si se crecen sin luz.

Aunque sin duda hay un componente genético, también es indudable que hay un componente epigenético. No es necesario negar el componente genético. La esencia del desafío a Lewontin, es que sí existe un nivel no-genético de causalidad de diferencias evolutivas.

Ref:
Romero A, Green SM. (2005) The end of regressive evolution: examining and interpreting the evidence from cave fishes. Journal of Fish Biology 67, 3–32

sábado, marzo 22, 2008

La nueva filogenómica animal: Historial de vaticinios

Dunn et al. 2008
Ya en un anterior post sobre chascarros filogenéticos me había dedicado, como buen "Ayatola" de la cladística, a fustigar algunos trabajos hedionditos de filogenómica publicados en Science y Nature (Rokas et al 2005, Delsuc et al 2006). La idea de la filogenómica es comparar la mayor cantidad de genes posible. El problemita es que se suele dejar fuera del análisis a bichos clave para los cuales no existe la información sobre tantos genes. Es sabido que el muestreo taxonómico es crucial a la topología del árbol en cualquier análisis filogenético. Por eso, cuando se publican trabajos con muestreos taxonómicos incompletos y luego se presentan sus conclusiones como "revolucionarias", no podemos sino inferir que tanto autores como revisores parecen haberse engañado de que tener una gran cantidad de genes no sólo es buena excusa para deja fuera taxa cruciales, sino que aún, debe ser mejor que estudios donde hay una mejor muestra taxonómica pero uno o pocos genes.

Bueno, ahora salió este trabajito, Dunn et al. 2008 donde hacen filogenómica de una abultada lista de genes, ahora sí, con buen muestreo taxonómico, CASI perfecto diría yo. Tengo la satisfacción de ver cumplidos en gran medida mis vaticinios previos. Desaparecen las politomías que Sean Carrol estaba tratando tan torpemente de utilizar como evidencia de algún tipo de "explosión evolutiva" (Rokas et al. 2005). En el olvido quedó aquella aberrante unión entre equinodermos y cefalocordados del otro estudio aquél (Delsuc et al. 2006). Una cuestión que venía molestándome hace AÑOS era la posición de los gusanos planos Acoela, problemática en la evidencia molecular. Su simplificada morfología es considerada por algunos como ideal representante de los primeros bilateria, idea que no comparto ya que son muchas nuestras semejanzas embriológicas y de plan corporal con medusas y ctenóforos no compartidas con estos gusanitos. Distintos análisis moleculares los colocaban, unos como protostomos derivados, junto a los platyhelmynthes, otros como el grupo hermano de los bilateria. Esta última parecía imponerse como conclusión repetida de todos los analisis más recientes, hasta me venía resignando a pensar que al menos dio grupo hermano y no bilateria anidada dentro de acoela, lo cual permitía insistir "aún" que su simple morfología podía no ser primitiva sino una simplificación secundaria.
Bueno, pues el nuevo estudio filogenómico de Dunn los coloca como protostomos derivados, si bien no platyhelmiynthes (y aún con afinidades específicas inciertas). Lo que esto significa es que hasta el día de hoy no existe ninguna evidencia comparativa-filogenética para defender la idea de que los primeros bilateria eran gusanos planos sin cavidades corporales (los acoela no tienen ni estómago, si mal no recuerdo). Se confirma además la posición de los Chaetognatha como una de las ramas más basales de protostomos. Esto significa que permanece vigente la posibilidad de que los primeros bilateria hayan presentado adultos nadadores, como ya lo sugerían Vargas y Aboitiz (2005) como alternativa a la idea de un gusano plano.

Algunos recordarán la molestia que manifesté con los estudios filogenómicos previos que agrupaban a urocordados y vertebrados. Este resultado fue transmitido con bombos y platillos y hace poco tuve la patética experiencia de asistir a la reunion de la SICB (Society for integrative and comparative biology) y ver en como 5 diapositivas de distintos grupos de investigación la incorporación de esta "corrección"... ya es todo un jodido nuevo paradigma, parece que ningún merme siquiera osó cuestionar un Nature. Puaj...Si hicieran las tareas sabrían que el único estudio reciente con un muestreo decente si bien imperfecto (Bourlat et al 2006) encontró que el genoma mitocondrial apoya decididamente la hipótesis clásica que agrupa a vertebrados con cefalocordados. Bourlat et al. 2006,: datos mitocondriales con un muestreo decente de cordados
Es cierto que sucesivos estudios filogenómicos de genes nucleares, como el de Dunn, han vuelto a recuperar el nodo urocordados+vertebrados; pero en cada nuevo estudio filogenómico, la mayor cantidad de datos y taxa, más que sumar apoyo para esa hipótesis, la ha ido debilitando. Nótese que en este trabajo, el bootstrap value para ese nodo es uno de los más cagones: apenas>70%, el más bajo hasta ahora. Siendo uno de los resultados más esperados, sea para confirmar o refutar, el texto de Dunn et al. 2008 guarda un sepulcral silencio sobre este "famoso" nodo. De todas formas, el estudio de Dunn no está habilitado para atacar esta pregunta específica; Dunn sólo tiene al ascidio Cyona, ser humano, pollo y amphioxus...ningun estudio hasta el momento ha incluido a algún appendicularia (ej. Oikopleura) que son con toda probabilidad ramas de urocordados basales. Aquí, su ayatola de la cladística les vaticina que si se hacen los estudios filogenómicos de cordados con un mejor muestreo taxonómico, seguirán debilitando ese nodo espúreo y probablemente, acaben por apoyar la hipótesis clásica, junto a la morfología y el genoma mitocondrial.

Resumiendo: después de un montón de "revoluciones" de cartón, cuando se hace como corresponde, la filogenómica a la larga confirma muchos resultados de cuidadosos estudios previos (por ejemplo, Peterson y Eernisse 2001) que usaron rasgos morfológicos combinados quizás con un sólo gen (típicamente el del RNA ribosomal 18s), pero bien escogido (con una tasa de mutación adecuada) , y con un buen muestreo taxonómico.

De a poco se va reconociendo un patrón. Cuando ocurre uno de los famosos "choques" entre evidencia molecular "de punta", con una robusta conclusión morfológica, con frecuencia ha sido demostrado que es resultado de un pobre muestreo taxonómico de los datos moleculares; la otra fuente de artefacto está provisto por el hecho establecido de que hay taxa "excepcionales" cuya evolución molecular es anómala y que no sólo son difíciles de situar sino que además obscurecen las afinidades de los otros grupos, por ejemplo, por "long-branch" taxa, que por "long-branch attraction" tienden a agruparse artficialmente con otros grupos. De hecho en el análisis de Dunn nada menos que 13 de los 77 taxa originalmente utilizados tenían posición inestable. Estos no se incluyeron en la figura del arbolito, de 64 taxa, pero sí en el cálculo del bootstrap support de cada nodo. La verdad es que hace mucho tiempo que se sabe que los urocordados son ultra long-branch. Ya está bueno de tanta ingenuidad aparente con esta reconocidad fuente de error.

Un último comentario y termino con mi soporífero e interminable sermón. El estudio de Dunn et al presenta a los ctenóforos como grupo hermano de todos los demás metazoa; incluyendo las esponjas. Algo así está como para pensar que o bien las esponjas descienden de una gelatina, o que a partir de una condición de esponja la condición de epiteliozoo fue adquirida en tres ocasiones diferentes por ctenóforos, cnidarios y bilateria. En cualquier caso estamos hablando de cientos de reversiones en los poriferos o cientos de convergencias en los demás linajes, una historia morfológica nada muy parsimoniosa (en chileno: una reverenda weá). Dunn et al. reconocen que "This result, which has not been postulated before, should be viewed as provisional until more data are considered from placozoans and additional sponges". Efectivamente, el gran ausente en la fiesta de Dunn et al. es el phylum Placozoa, crucial si vamos a comparar esponjas con los demás. Pese al evidente agujero, Dunn et al. se muestran aún bastante dispuestos a creer que han descubierto una pulenta evidencia de que debemos repensar todo lo que sabemos sobre evolución de animales tempranos para incluir radicales convergencias o desparición sin rastros de cientos de rasgos derivados.
Revolución, o artefacto? Uds ya se imaginarán la opinión, y predicción del Ayatola...La historia morfológica más parsimoniosa es que los epiteliozoos son monofiléticos y los ctenóforos probablemente el grupo hermano de bilateria.

Lo que pensaba en Vargas y Aboitiz (2005), y que sigo pensando hoy en día.


Referencias:

Bourlat SJ et al. (2006) Deuterostome phylogeny reveals monophyletic
chordates and the new phylum Xenoturbellida. Nature 444: 85-88

Delsuc, F. et al. (2006) Tunicates and not cephalochordates are the closest living relatives
of vertebrates. Nature 439, 965–968

Dunn, C. et al. (2008) Broad phylogenomic sampling improves resolution of
the animal tree of life. Nature doi:10.1038/nature06614 (publicación previa online)

Peterson, K. J., and Eernisse, D. J. (2001). Animal phylogeny and the ancestry of bilaterians: inferences from morphology and 18S rDNA sequences. Evo. & Devo. 3: 170–205.

Rokas, A., Kruger, D. & Carroll, S. B. (2005) Animal evolution and the molecular signature of radiations compressed in time. Science 310: 1933–1938.

Vargas, A, and Aboitiz, F. (2005) How ancient is the adult swimming capacity in the lineage leading to Euchordates? Evo. & Devo. 7: 171-174

lunes, febrero 18, 2008

Ptilopodia

Resulta que el desarrollo de plumas metatarsales en la crianza de aves domésticas es tan común que tiene su propio término: Ptilopodia. Nótese además que en esta raza contamos con la buena fortuna de que las plumas de las alas se distinguen además por su color negro, reforzando la noción de la naturaleza "alar" de las plumas metatarsales. Surgen algunas preguntas inmediatas...son estas plumas asimétricas (aerodinámicas)? Cómo es la expresión de Tbx5?
P.D. Las plumas de las piernas de Falco como se ven en las fotografias parecen ser el típico plumón y no s parecen particularmente a las del ala, esa como forma aerodinámica se observa sólo en el dibujito que hizo Chatterjee (En lo que es ya una penosa costumbre de este autor de poner dibujitos que bien poco tiene que ver con la realidad...)

sábado, febrero 16, 2008

Microraptor: ¿Posible homeosis?

Imagen: Craig Chesek/AMNH

Yo la verdad ni lo pensé, pero Carlos Medina me alertó de inmediato: Microraptor es un caso de transformación homeótica. Un "bithorax" de los dinosaurios! Desde su erudición que siempre abarcó hasta los bichos más ignorados, el "ojo" de Carlos parece ya acostumbrado a reconocer la transformación de una parte corporal por otra. Al vuelo me acuerdo de varios ejemplos publicados y bien documentados de homeosis en la evolución: hay uno muy bueno de la transformación de apéndices bucales de crustáceos (transformación que incluso pudo ser repetida experimentalmente produciendo individuos perfectamente viables).
Las observaciones de posibles casos que jamas se han discutido en publicación alguna, como la del microraptor, son miles. Generalmente, para aseverarla a nivel de publicación es necesario hacer una comparación en un árbol bien resulto, y alguna documentación de que las vías de desarrollo utilizadas son las mismas, pero en otra región corporal. De esta forma se contribuye a descartar que haya una semejanza que por coincidencia "parece" una homeosis.
Aunque con Microraptor extinguido siempre existirán incógnitas, los fósiles sí nos indican que antes de microraptor las plumas remeras se restringían al brazo, como lo demuestra el fósil del oviraptoridae Caudipteryx, más basal que Microraptor, por lo que tenemos la polaridad de cambio correcta (un tema no trivial considerando que estamos en los albores del vuelo). Sí podemos decir que en el pollo hace tiempo que se sabe como transformar una pierna en ala o vice-versa: se remueven las células mesenquimáticas debajo del ápice del primordio de la extremidad (limb bud) y se reemplazan con las células correspondientes de la otra extremidad. También está la versión molecular: expresando Tbx4 en el ala, que normalmente solo se expresa en la pierna, obtenemos claros ragsos de la pierna en una extremidad que es un "híbrido" de ala y pierna.

Lo que se encuentra bastante en el olvido y que me encargo yo de resaltarlo es que en los experimentos originales de trasplantes mesenquimáticos era posible obtener sólo la transformación de la piel, sin transformar las partes esqueléticas; es decir podía obtenerse un ala con escamas o una pata con plumas. Sólo habia que reemplazar el mesénquima un poquito más hacia atrás del ápice en vez del mesénquima del ápice mismo. Esta separabilidad de la piel y el esqueleto en los experimentos no es trivial ya que en la pierna en microraptor si bien tiene un plumaje muy similar al del ala, tiene la arquitectura ósea típica de una pierna.
Es imposible no especular sobre la posible vía utilizada por el desarrollo: Las diferencias que desde temprano existen entre ectodermo y mesodermo podrían haber sido co-optadas en la aparición de una expresión nueva de Tbx5 (normalmente expresado sólo en el ala) sólo en el ectodermo de la pierna, provocando la aparición de un plumaje propio de un ala.