La mayoría de las especies de vertebrados vivos tienen mandíbulas, un desarrollo que se piensa que sucedió en algún momento de la era paleozoica. Los vertebrados con mandíbulas --incluyendo en los humanos-- comparten muchas características de desarrollo que han permanecido sin cambios durante miles de años. Muchos científicos han creído que el plan de desarrollo básico del cerebro llegó a su fin en los vertebrados con mandíbulas porque los cerebros de lampreas y peces brujas -los únicos peces sin mandíbula vivos hoy en día-- parecen carecer de dos dominios principales.
Evidencia reciente puso esta idea en tela de juicio y como el único laboratorio en el mundo capaz de estudiar los embriones de los peces brujas, el equipo de Riken dirigido por Shigeru Kuratani estaba en una posición única para utilizar las técnicas derivadas de la biología del desarrollo para hacer frente a este problema crítico.
El cerebro de los vertebrados se desarrolla a partir de un tubo neural que se divide en secciones, con un desarrollo de cada una muy específico y controlado por la expresión de genes particulares en momentos y lugares muy precisos. Estos patrones de expresión de genes -genoarquitectura-- están altamente conservados en vertebrados con mandíbulas. Las lampreas --un tipo de pez sin mandíbula-- parece carecer de dos regiones cerebrales comunes a los vertebrados con mandíbulas --el cerebelo y una región llamada la eminencia ganglionar medial (MGE, por sus siglas en inglés), de la que se originan el pallidum y las interneuronas corticales.
En los vertebrados con mandíbulas, la MGE se desarrolla a partir de una sección delantera del tubo neural que expresa os genes Nkx2.1 y el Hedgehog, y el cerebelo crece a partir de una región llamada labio rómbico que expresa Pax6. El equipo encontró que en el pez bruja una región en la ubicación correcta que expresa tanto Nkx2.1 como Hedgegog, lo que indica que el cerebro de esta especie tiene, de hecho, una región MGE. Del mismo modo, aunque las lampreas no tienen un verdadero cerebelo, el equipo fue capaz de identificar una clara región del labio rómbico que expresa Pax6.
En este punto, el equipo confió en que el cerebro de los vertebrados con mandíbulas y peces bruja contienen patrones de desarrollo similar. "El problema era que las lampreas aún no se ha demostrado presentar un patrón similar --explica Kuratani--. El patrón común del desarrollo cerebral entre lampreas y vertebrados con mandíbulas planteó la posibilidad de que el cerebro aparentemente primitivo de la lamprea es simplemente una característica única de la lamprea".
Además, sin una respuesta a la pregunta de la lamprea, estos patrones compartidos podrían ser interpretados como cambios que se han producido de forma independiente en cada linaje - peces con y sin madíbula-- después de que se separaron el uno del otro.
Para abordar el problema, el equipo volvió a investigar la lamprea y descubrió varios nuevos genes ??Nkx2.1 expresados en la ubicación correcta, pero ninguna expresión del Hedgehog, lo que indica que la MGE en la lamprea es ligeramente diferente de la de los vertebrados con mandíbulas. A continuación, el equipo analizó las larvas de lamprea y detectó una región como el labio rómbico que expresa pax6b, aunque ligeramente diferente que el de lampreas o vertebrados con mandíbulas.
"Hemos encontrado que los patrones de vertebrados con mandíbula eran más similares a los de pez bruja que lampreas -apunta Kuratani-- y la evidencia indica que se debe probablemente a cambios evolutivos secundarios en la evolución de la lamprea, en lugar de cambios únicos en los vertebrados con mandíbulas".
"Con estos nuevos hallazgos de peces bruja y lampreas, hemos demostrado que las dos especies de peces sin mandíbula existentes tienen un labio rómbico y una MGE -- fuentes del cerebelo, pallidum,y las interneuronas GABAérgicas en los vertebrados con mandíbulas. Esto coloca firmemente el desarrollo de estos patrones de genoarquitectura de nuevo en un ancestro común compartido de los vertebrados sin mandíbula y con mandíbulas".