Desentrañar los mecanismos biológicos detrás de este la aparición de un ojo extra al desactivar un solo gen podría ayudar a los investigadores a comprender cómo la evolución se basa en "bloques de construcción" genéticos y de desarrollo preexistentes para crear nuevos rasgos complejos, o rasgos "antiguos" en lugares novedosos. Los resultados del estudio han sido publicados en PNAS. El trabajo también proporciona una visión más profunda de un experimento anterior que accidentalmente produjo un ojo extra como parte de un estudio para comprender cómo se desarrolla la cabeza del insecto.
"La biología del desarrollo es maravillosamente compleja en parte porque no hay un solo gen para un ojo, un cerebro, el ala de una mariposa o el caparazón de una tortuga", ha dicho Armin P. Moczek, profesor del Departamento de Biología deL Bloomington College of Arts and Sciences, en un comunicado. "En cambio, miles de genes individuales y docenas de procesos de desarrollo se unen para permitir la formación de cada uno de estos rasgos".
"También aprendimos que desarrollar un rasgo físico novedoso es muy similar a construir una nueva estructura a partir de piezas de Lego, al reutilizar y recombinar genes 'viejos' y procesos de desarrollo dentro de nuevos contextos". Como consecuencia, la evolución de características novedosas a menudo requiere muchos menos cambios genéticos de lo que los biólogos pensaban originalmente.
Pero a diferencia de la reorganización y la combinación de ladrillos de plástico de juguete para formar una nueva estructura, Moczek dijo que no está claro qué mecanismos biológicos guían la construcción de nuevos rasgos físicos en algunas circunstancias, pero no en otras.
Una de las formas en que los científicos han buscado obtener una visión más clara de este proceso es persuadiendo el crecimiento de órganos "ectópicos" u órganos que se forman en la parte incorrecta del cuerpo. Los primeros trabajos en el campo se han centrado en la formación de ojos de mosca de la fruta en el lugar equivocado, como en el ala o la pierna. Sin embargo, estos experimentos requieren la activación de genes reguladores importantes en la nueva ubicación, una técnica que se limita a unos pocos organismos de estudio. Los "ojos" resultantes tampoco fueron completamente funcionales.
Por el contrario, el nuevo estudio dirigido por IU informa sobre la formación de un ojo funcional adicional técnico, una "fusión" de dos conjuntos de ojos adicionales, tras la caída de un solo gen, una técnica ampliamente disponible para los científicos en la mayoría de los organismos. La formación inesperada de un ojo complejo y funcional en una ubicación novedosa en el proceso es "un ejemplo notable de la capacidad de los sistemas de desarrollo para canalizar perturbaciones masivas hacia resultados ordenados y funcionales", dijo Moczek.
Para crear un ojo totalmente funcional en el centro de la cabeza de un escarabajo, el equipo de Moczek desactivó un solo gen llamado odt, cuya investigación previa ha demostrado que desempeña un papel en la formación de la cabeza durante el desarrollo. "Este estudio interrumpe experimentalmente la función de un solo gen principal", dijo Moczek. "Y, en respuesta a esta interrupción, el resto del desarrollo de la cabeza se reorganiza para producir un rasgo altamente complejo en un nuevo lugar: un ojo compuesto en el medio de la cabeza".
Para confirmar que el ojo era un verdadero ojo extra, el equipo de IU realizó múltiples pruebas para probar que la estructura tenía los mismos tipos de células, expresó los mismos genes, creció conexiones nerviosas apropiadas y provocó la misma respuesta conductual que un ojo normal.