Un estudio cambia escamas por plumas en los pollos y abre nuevas perspectivas sobre las transiciones entre especies

Las escamas, las espinas, las plumas y el pelo son ejemplos de apéndices cutáneos de vertebrados que constituyen un grupo de microórganos extraordinariamente diverso pero que comparten procesos tempranos de desarrollo en la fase embrionaria. Dos investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE), en Suiza, han descubierto cómo transformar permanentemente en plumas las escamas que normalmente cubren las patas de los pollos, modificando específicamente la expresión de ciertos genes.

Estos resultados, publicados en la revista 'Science Advances', abren nuevas perspectivas para estudiar los mecanismos que han permitido transiciones evolutivas radicales de forma entre especies.

La piel de los vertebrados terrestres está adornada con diversos apéndices queratinizados, como pelo, plumas y escamas. A pesar de la diversidad de formas dentro de cada especie y entre ellas, el desarrollo embrionario de los apéndices cutáneos suele comenzar de forma muy similar.

De hecho, todas estas estructuras se desarrollan a partir de células que producen un engrosamiento localizado en la superficie de la piel y expresan genes particulares. Uno de estos genes, denominado Sonic hedgehog (Shh), controla una vía de señalización, un sistema de comunicación que permite la transmisión de mensajes dentro de las células y entre ellas. Esta señalización interviene en el desarrollo de diversas estructuras, como el tubo neural, las yemas de las extremidades y los apéndices cutáneos.

El laboratorio de Michel Milinkovitch, profesor del Departamento de Genética y Evolución de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, estudia los procesos físicos y biológicos que generan la diversidad de apéndices cutáneos en los vertebrados. En particular, su grupo ha demostrado anteriormente que el pelo, las plumas y las escamas son estructuras homólogas heredadas de un antepasado común reptil.

Los científicos utilizan las plumas del embrión de pollo como sistema modelo para comprender el desarrollo de los apéndices cutáneos. Aunque se sabe que algunas razas de pollos, como las variedades "Brahma" y "Sablepoot", presentan patas y superficies dorsales emplumadas, no se conoce del todo el determinismo genético de este rasgo.

Como las vías de señalización responsables de esta transformación no se han determinado por completo, el grupo de Michel Milinkovitch investigó el papel potencial de la vía Shh.

"Utilizamos la técnica clásica del 'egg candling', en la que una potente linterna ilumina los vasos sanguíneos del interior de la cáscara del huevo. Esto nos permitió tratar con precisión embriones de pollo con una molécula que activa específicamente la vía Shh, inyectada directamente en el torrente sanguíneo", explica Rory Cooper, investigador posdoctoral en el laboratorio de Michel Milinkovitch y coautor del estudio.

Los dos científicos observaron que este único tratamiento específico para cada etapa basta para desencadenar la formación de abundantes plumas juveniles de tipo plumón, en zonas que normalmente estarían cubiertas de escamas. Sorprendentemente, estas plumas inducidas experimentalmente son comparables a las que cubren el resto del cuerpo, ya que son regenerativas y son sustituidas posteriormente y de forma autónoma por plumas adultas.

Tras compararlos con embriones inyectados con una solución "de control" (sin la molécula activa), el análisis de secuenciación del ARN demostró que la vía de Shh se activa de forma inmediata y persistente tras la inyección de la molécula. Esto confirma que la activación de la vía Shh subyace a la conversión de escamas en plumas.

"Nuestros resultados indican que un salto evolutivo, de escamas a plumas, no requiere grandes cambios en la composición o expresión del genoma. En su lugar, un cambio transitorio en la expresión de un gen, Shh, puede producir una cascada de acontecimientos evolutivos que conduzcan a la formación de plumas en lugar de escamas", afirma Michel Milinkovitch.

Esta investigación, centrada inicialmente en el estudio del desarrollo de escamas y plumas, tiene por tanto importantes implicaciones para comprender los mecanismos evolutivos que generan la enorme diversidad de formas animales observadas en la naturaleza.