Els gens Eglps codifiquen per a uns canals a través dels quals es transporta el glicerol a l'interior de les cèl·lules. El descobriment pot ajudar a explicar perquè els insectes són el grup d'organismes amb més èxit en la història de la vida. L'acumulació de glicerol en òrgans i cèl·lules evita la congelació i la dessecació dels insectes en climes molt extrems.
En un article que es publica avui a la revista Nature Communications, investigadors de la Universitat de Bergen (Noruega), l'IRTA-Institut de Ciències del Mar (CSIC) i l'Institut de Biologia Evolutiva (CSIC-UPF) presenten el descobriment i l'origen evolutiu d'una nova subfamília de canals moleculars que suggereixen poden haver permès als insectes convertir-se en el grup dominant de la terra.
L'estudi està liderat per Joan Cerdà, investigador de l'IRTA a l'Institut de Ciències del Mar del CSIC i Roderick Nigel Finn, de la Universitat de Bergen. Ha comptat amb la participació de Xavier Bellés, de l'Institut de Biologia Evolutiva (CSIC-UPF).
Excloent els bacteris, els insectes representen més de la meitat de la biodiversitat del món. Se’ls considera el grup terrestre amb més èxit des del punt de vista evolutiu en la història de la vida. L'extraordinària explosió de diferents estils de vida dels insectes es deu a la seva capacitat de colonitzar ambients molt diversos, des d'aquells amb condicions excepcionalment àrides, a altres amb temperatures molt per sota de zero.
No obstant això, els insectes no són capaços de regular la seva temperatura corporal. L'èxit d'aquests organismes ha estat associat, doncs, amb l'aparició d'una sèrie d'adaptacions per a la supervivència enfront la dessecació i la congelació. Una d’aquestes estratègies és l'acumulació d'alts nivells d'alcohols, com ara glicerol o sorbitol, en òrgans específics, el que evita la dessecació i congelació.
Canals d’aigua mutats per transportar glicerol
Fins ara, però, no estava clar com els insectes transporten el glicerol través de les membranes cel•lulars. Estudis anteriors havien suggerit que els principals grups d'insectes havien perdut els canals de membrana coneguts com aquagliceroporines, que normalment transporten glicerol. Aquests canals van sorgir en bacteris i organismes multicel·lulars i són diferents dels canals únicament d'aigua, coneguts com aquaporines.
En aquest estudi, els científics han trobat que els insectes holometàbols (el grup evolutivament més avançat d'insectes i amb la biodiversitat més alta) tenen gens específics denominats entomogliceroporines (Eglps) que codifiquen canals d'aigua mutats amb la capacitat de transportar glicerol. Mitjançant estudis genètics, els científics han demostrat que les Eglps estan estretament relacionades amb una aquaporina humana, que és un canal selectiu d'aigua.
Per entendre com els gens van evolucionar en els insectes, els científics han generat mutants específics per imitar el procés evolutiu i demostrar que una sola mutació en les mateixes regions centrals dels canals humans i d’insectes és capaç de convertir un canal d'aigua en un de glicerol de tipus Eglp i a l’inrevés. Després han reconstruït acuradament la història evolutiva de les Eglps i les aquagliceroporines ancestrals en organismes multicel·lulars. Els resultats demostren que les Eglps substitueixen les aquagliceroporines en insectes holometàbols.
Un exemple de selecció natural
Sobre la base de l'evidència experimental, els autors suggereixen que les aquagliceroporines van ser substituïdes pels canals Eglp probablement perquè els Eglps tenen una major capacitat de transport de glicerol. Per tant, l'estudi representa un exemple de la selecció natural darwiniana a nivell molecular.
Curiosament, l'origen de les Eglps va coincidir amb períodes de temperatures fluctuants que van portar a períodes de glaciació. Això podria haver afavorit la aparició de la fase de pupa en el cicle de la vida dels insectes. La fase de pupa, que és particularment vulnerable a les baixes temperatures, acumula alts nivells de glicerol. Les dades fan pensar que aquesta innovació de la pupa, i de la metamorfosi holometàbola, podria no haver sorgit de no existir els Eglps.
Article de referència:
Roderick Nigel Finn, François Chauvigné Jon Anders Stavang, Xavier Belles & Joan Cerdà. 2015. Insect glycerol transporters evolved by functional co-option and gene replacement. Nature Communications DOI: 10.1038 / ncomms8814.