Esta es la razón por la que los insectos tienen alas

Las alas de los escarabajos a menudo están ocultas. Ocultas detrás de escudos blindados en la espalda del escarabajo, se despliegan en láminas que zumban, facilitando a sus torpes dueños huír del peligro. 

Los escarabajos no tienen más de dos pares de alas, a menos que estén en el laboratorio de Yoshinori Tomoyasu.

En una investigación publicada recientemente en 'Proceedings of the National Academy of Sciences', Tomoyasu y su coautor, David Linz, diseñaron genéticamente larvas de escarabajo con alas en sus abdómenes, parte de un intento de desentrañar uno de los misterios más grandes de la evolución: cómo los insectos ganaron la habilidad de volar.

Los insectos conquistaron el cielo hace entre 300 y 360 millones de años, mucho antes que las aves, los murciélagos o los pterosaurios. 

Las alas les permitieron alcanzar nuevos hábitats y nichos ecológicos, y los insectos rápidamente se establecieron como una de las clases de animales más diversas y exitosas, una posición que aún mantienen hoy en día.

La gran mayoría de los insectos vivos tienen alas o evolucionaron de antepasados voladores, destaca Linz, un biólogo evolutivo que ahora trabaja en la Universidad de Indiana.

"Cuando la persona promedio piensa en un ala de insecto, piensa en una libélula - estos dos pares de alas realmente bonitas y largas", dice. "Pero es diferente en diferentes linajes. Cuando ves un escarabajo volando por ahí, es como un bombardero que viene hacia ti. Lo cual es aterrador, o hermoso, dependiendo de cómo lo mires."

No hay apenas evidencias fósiles del período en que evolucionó el vuelo de los insectos, indica Tomoyasu, bióloga evolutiva de la Universidad de Miami.

"Hay tanta variedad en las ideas de origen de las alas de los insectos como en las alas mismas de los insectos", dice. "Con el ala de vuelo en los vertebrados, hay un origen claro." Pero las alas de los insectos evolucionaron hace tanto tiempo, añade, "que es difícil saber qué pasó".

Eso no ha impedido que los investigadores traten de averiguarlo. Según Floyd Shockley, un entomólogo del Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian, por mucho tiempo ha habido dos hipótesis en disputa.

La "hipótesis tergal" sugiere que las alas se originaron en la tergum - la parte superior de la pared del cuerpo del insecto - quizás como membranas deslizantes. La "hipótesis pleural" argumenta que las alas fueron creadas a partir de antiguos segmentos de las piernas que se fusionaron con el cuerpo antes de terminar en la espalda.

El surgimiento de la biología evolutiva del desarrollo, junto con los avances en la genética, ha dado peso a una tercera posibilidad, dice Linz.

Originalmente propuesta en 1974, la hipótesis del "doble origen" sugiere que las alas de los insectos en realidad comenzaron con una fusión de los dos tejidos separados: la pared dorsal del cuerpo proporcionó la membrana, mientras que su articulación surgió de los segmentos de las patas.

Este tipo de fusión evolutiva suena extraña, dice Linz, pero hay algunos precedentes. Los antiguos antepasados de los insectos probablemente tenían segmentos corporales relativamente simétricos, cada uno con un par de patas. Estos segmentos se han modificado a lo largo de los milenios de maneras muy diferentes. En algunos insectos, las patas se han perdido en el abdomen; en otros se han movido a la cabeza, convirtiéndose en antenas.

Tomoyasu y Linz trabajaron con Tribolium, o escarabajos de la harina, debido a su genoma completamente secuenciado. Los escarabajos no vuelan bien, dice Linz, y son fáciles de mantener en un laboratorio.

Tribolium, o escarabajo de la harina

En un estudio inicial, el equipo usó interruptores maestros en el genoma de los escarabajos para manipular qué segmentos del cuerpo tenían alas. Para su sorpresa, hacerlo interrumpió partes de la anatomía que parecían no estar relacionadas con el vuelo.

Esto ofrecía cierto apoyo a la idea de que las alas eran tejidos compuestos. ¿Pero cómo podrían haberse formado las estructuras ancestrales de las alas?

Los investigadores dirigieron su atención en las pupas, que tienen conjuntos defensivos de pinzas en miniatura a lo largo de su abdomen. Estas se asientan cerca de la parte superior del insecto, lo que las convierte en modelos probables de las estructuras de las primeras alas.

Para añadir apoyo a la hipótesis del origen dual, dice Linz, la evolución habría tenido que fusionar una estructura en la región dorsal del segmento y otra en el tejido pleural.

El equipo introdujo una proteína verde fluorescente en los escarabajos que marcaba la expresión de ciertos genes relacionados con las alas, lo que facilitó la identificación de los tejidos afectados por la manipulación genética. Después de manipular los genes del abdomen, se deleitaron al ver dos tejidos verdes: uno en la trampa dorsal y otro en el tejido pleural.

Y al hacerlo, fueron capaces de producir pupas en las que ambos tejidos se fusionaron para formar pares de pequeñas alas.

"Obviamente están muy, muy enfermos, porque no es así como se desarrollan normalmente", dice Linz. "Con frecuencia mueren, así que lamentablemente nunca pude producir un escarabajo adulto con 10 pares de alas."

Aunque el estudio le pareció interesante, Shockley dice que la idea de que el desarrollo embrionario o larvario es como una cinta de avance rápido de modificaciones evolutivas previas ha sido en gran medida desacreditada.

Aún así, reconoce que la manipulación de la expresión génica es útil para tratar de reconstruir detalles de estructuras que son difíciles de visualizar.

"Me gustaría ver si pueden conseguir un tercer par de alas", dice Shockley. "Ha habido un debate adicional sobre si los proto-insectos habrían tenido tres pares de alas y perdido el primer par, tal vez para lidiar con la inestabilidad aerodinámica de tres pares de alas golpeando en vez de dos."

El debate sobre cómo evolucionaron las alas de los insectos está lejos de terminar, según Tomoyasu. "Seguimos dependiendo de una especie", dice. "Aunque vemos que hay dos tejidos que están contribuyendo a hacer alas, eso podría ser exclusivo de este linaje."

"Es crucial para nosotros estudiar más insectos", añade. "En mi laboratorio, estamos estudiando cucarachas y algunos crustáceos para ver si el proceso se repite de la misma manera."

Mientras tanto, tiene un poco de esperanza de que el registro fósil algún día pueda ayudar a resolver el misterio.

"Tenemos mucha confianza en nuestros análisis, pero es una predicción", afirma. "Sería genial ver la forma de un insecto ancestral".

Artículo extraído de 'Independent'