BARCELONA.- En un artículo que se publica hoy en la revista Nature Communications, investigadores de la Universidad de Bergen (Noruega), el IRTA - Instituto de Ciencias del Mar (CSIC) y el Instituto de Biología Evolutiva (CSIC - UPF) presentan el descubrimiento y el origen evolutivo de una nueva subfamilia de canales moleculares que sugieren pueden haber permitido a los insectos convertirse en el grupo dominante de la tierra.

El estudio está liderado por Joan Cerdà, investigador del IRTA en el Instituto de Ciencias del Mar del CSIC y Roderick Nigel Finn, de la Universidad de Bergen. Ha contado con la participación de Xavier Bellés, del Instituto de Biología evolutiva (CSIC - UPF).

Excluyendo las bacterias, los insectos representan más de la mitad de la biodiversidad del mundo. Se les considera el grupo terrestre con más éxito desde el punto de vista evolutivo en la historia de la vida. La extraordinaria explosión de diferentes estilos de vida de los insectos se debe a su capacidad de colonizar ambientes muy diversos, desde aquellos con condiciones excepcionalmente áridas, a otros con temperaturas muy por debajo de cero.

Sin embargo, los insectos no son capaces de regular su temperatura corporal. El éxito de estos organismos ha sido asociado, pues, con la aparición de una serie de adaptaciones para la supervivencia frente la desecación y la congelación. Una de estas estrategias es la acumulación de altos niveles de alcoholes, tales como glicerol o sorbitol, en órganos específicos, lo que evita la desecación y congelación.

Canales de agua mutados para transportar glicerol

Hasta ahora, sin embargo, no estaba claro cómo los insectos transportan el glicerol través de las membranas celulares. Estudios anteriores habían sugerido que los principales grupos de insectos habían perdido los canales de membrana conocidos como aquagliceroporines, que normalmente transportan glicerol. Estos canales surgieron en bacterias y organismos multicelulares y son diferentes de los canales únicamente de agua, conocidos como aquaporines.

En este estudio, los científicos han encontrado que los insectos holometábolos (el grupo evolutivamente más avanzado de insectos y con la biodiversidad más alta) tienen genes específicos denominados entomogliceroporines (Eglps) que codifican canales de agua mutados con la capacidad de transportar glicerol. Mediante estudios genéticos, los científicos han demostrado que las Eglps están estrechamente relacionadas con una aquaporina humana, que es un canal selectivo de agua.

Para entender cómo los genes evolucionaron en los insectos, los científicos han generado mutantes específicos para imitar el proceso evolutivo y demostrar que una sola mutación en las mismas regiones centrales de los canales humanos y de insectos es capaz de convertir un canal de agua en uno de glicerol de tipo Eglp y viceversa.

Después han reconstruido cuidadosamente la historia evolutiva de las Eglps y las aquagliceroporines ancestrales en organismos multicelulares. Los resultados demuestran que las Eglps sustituyen las aquagliceroporines en insectos holometábolos.

Un ejemplo de selección natural

En base a la evidencia experimental, los autores sugieren que las aquagliceroporines fueron sustituidas por los canales Eglp probablemente porque los Eglps tienen una mayor capacidad de transporte de glicerol. Por tanto, el estudio representa un ejemplo de la selección natural darwiniana a nivel molecular.

Curiosamente, el origen de las Eglps y la sustitución de las aquagliceroporines ancestrales en insectos holometábolos, coincidieron con períodos de temperaturas fluctuantes que llevaron a períodos de glaciación.

Esto podría haber favorecido la aparición de la fase de pupa en el ciclo de la vida de los insectos. La fase de pupa, que es particularmente vulnerable a las bajas temperaturas, acumula altos niveles de glicerol. Los datos hacen pensar que esta innovación de la pupa, y de la metamorfosis holometábolo, podría no haber surgido de no existir los Eglps.