Evolución y desarrollo de las membranas extraembrionarias en lagartos: heterocronías y viviparidad Francisca Leal Introducción Los Scíncidos son un modelo excelente para el estudio de la evolución de la viviparidad placentotrófica, dentro de este grupo ha evolucionado repetidamente la viviparidad y se encuentra un continuo de especies desde ovíparos lecitotróficos, vivíparos lecitotróficos, vivíparos placentotróficos facultativos hasta vivíparos placentotróficos estrictos1, su estudio nos puede ayudar a entender que mecanismos subyacen a los patrones de evolución morfológica. El objetivo de este trabajo es el estudio comparado de secuencias ontogenéticas enfocado en las membranas extraembrionarias, dentro de un marco filogenético, en un grupo monofilético, los Scíncidos, pretendo determinar si existen procesos heterocrónicos subyacentes a estas historias de vida particulares y a los cambios morfológicos de las membranas extraembrionarias (ME), siendo estas últimas componentes fundamentales de estructuras placentales derivadas en Scincidae y Squamata. Metodología Se compararon las secuencias ontogenéticas de la morfogénesis de las ME en 9 especies de lagartos dentro de un marco filogenético, para la identificación de cambios heterocrónicos usando la metodología propuesta por Jeffery et al. (2002)2. Se establecieron las secuencias ontogenéticas de las especies a partir de la literatura3-10, teniendo en cuenta eventos homólogos compartidos por la mayoría de las especies analizadas. Las secuencias ontogenéticas de cada especie se codificaron en forma de pares de eventos, asignando a cada par de eventos un “estado de carácter” según la posición de un evento respecto al otro. De esta forma cada secuencia quedo “re-escrita” en forma de pares de eventos, estos se agruparon en una matriz de eventos “homólogos” para las 9 especies. Los pares de eventos, fueron tomados como caracteres y fueron mapeados usando Mesquite v 1.111. Ya que no existe una filogenia que incluya todos los terminales aquí estudiados, se “construyó” una filogenia a partir de filogenias publicadas para los diferentes grupos1,12-14. Siguiendo a Jeffery et al. (2002)2, una vez optimizados los caracteres se identificaron las transformaciones para cada una de las ramas, representando estas transformaciones, posibles heterocronías. Cada una de las ramas se analizó por separado, determinando los eventos constituyentes de los pares de eventos que sufrieron transformación en la misma. Para determinar las heterocronías se determino la dirección de los cambios para cada evento. Se determino el cambio total relativo para cada evento, según los pares de eventos de los que formaba parte en la rama estudiada, así se identificaron los eventos que se estaban “moviendo activamente”, estos son los eventos que tienen un cambio relativo coherente y usualmente de “gran magnitud”. Para esto último se eligieron aquellos que se encontraban igual o por encima de la media de los cambios relativos totales de todos los eventos, estos son los eventos que se están moviendo activamente, dejando fuera los eventos que se mueven aparentemente, pues realmente otros eventos se están moviendo respecto a ellos. Con el fin de conservar solo los eventos con movimientos activos, a continuación solo se tuvieron en cuenta los cambios que no comprometieran eventos incluidos en los eventos que se conservaron en el paso anterior. Resultados Se obtuvieron 18 eventos homólogos de las 9 especies (Tablas 1y 2.), re-escribiéndose así cada secuencia en 66 “caracteres” o “pares de eventos homólogos”. Los resultados del mapeo de los pares de eventos son resumidos en la Fig. 1. Las tablas 3 y 4 muestran todos los cambios observados y sus cambios relativos. Al final las ramas de Pseudemoia entrecasteauxii, y Mabuya mabouya fueron las únicas que presentaron eventos moviéndose activamente que no comprometieran a eventos que se movieran aparentemente, estos eventos con movimientos activos representan heterocronías en las secuencias ontogenéticas (Tabla 5 y Fig. 2). En la rama de M. mabouya se dieron los siguientes cambios activos: los eventos que presentaron cambios retrasados fueron los eventos “2”, “3”, “4” y “a” (Tabla 5), y los eventos que reflejaron cambios precoces en la secuencia fueron “e”, “h” y “j”. En la rama de P. entrecasteauxii se dieron los siguientes cambios activos: el evento “c” como evento retrasado y como eventos precoces los eventos “h” e “i” (Tabla 5). Discusión La evolución del desarrollo de las ME en lagartos Scíncidos es bastante conservado, sin embargo encontré que varios eventos dentro de las secuencias ontogenéticas están sujetos a cambios heterocrónicos. Las especies ovíparas y varios vivíparos lecitotróficos y placentotróficos, no presentaron cambios heterocrónicos finales. Sin embargo, las especies vivíparas altamente placentotróficas que presentan placentas “más complejas”, mostraron cambios heterocrónicos finales en sus secuencias ontogenéticas. Estas últimas representadas por las especies P. entrecasteauxii y M. mabouya. En P. entrecasteacuxii hay tres eventos que varían en el tiempo del desarrollo de las ME; la regresión temprana de la masa aislada de la yema (RTMAY), la vascularización precoz del saco de la yema (VPSY) y el retraso en la expansión del alantoides a la región media de la cámara embrionaria. La VPSY y la RTMAY permitirían la formación temprana de una omfaloplacenta especializada, la cual permanece en la región ventral de la cámara embrionaria durante todo el desarrollo del embrión, esto restringiría la expansión del alantoides a la región abembriónica, por lo tanto hay una consecuencia directa de dos eventos acelerados y permanentes en el crecimiento de otro evento. Esto fue sugerido por Stewart & Thompson (1996)6, ellos proponen que la evolución de la placentación en este linaje involucraría innovaciones ontogenéticas como las heterocronías de estos tres eventos. En M. mabouya en los estadios del desarrollo embrionario desde la formación del tubo neural hasta la diferenciación de los dedos en el miembro anterior y la formación del amnios, aparecen como eventos retrasados en la secuencia ontogenética. Contrario a esto, eventos como la desaparición de la membrana coriovitelina y el reemplazo de esta por el saco de la yema, la vascularización temprana y completa del saco de la yema, son eventos que se muestran precoces. En M. mabouya como en las otras especies aquí estudiadas vemos que la formación del amnios se encuentra asociado con los estadios embrionarios 29-30, sugiriéndonos que estos dos eventos pueden estar integrados, así en M. mabouya el amnios puede estar disociado de otras ME pero no del “embrión” mismo. La ontogenia derivada de las ME en M. mabouya estaría relacionada con el desarrollo precoz del saco de la yema en conjunto a el retraso del desarrollo del embrión. Es probable que algunas heterocronías en P. entrecasteauxii y M. mabouya estén relacionadas con la morfogénesis del saco de la yema, el cual muestra una evidente disociación ontogenética respecto a las otras ME y probablemente ejercería un papel importante en los cambios ontogenéticos posibles, de las otras ME15. Es posible que estas heterocronías sean instrumentales en el origen de novedades evolutivas, como la aparición de una placenta tan compleja en lagartos placentotróficos. Aunque otros lagartos vivíparos placentotróficos no muestran heterocronías evidentes, como Chalcides chalcides, se debe tener en cuenta que este lagarto muestra cambios en su secuencia ontogenética, pero la técnica no los recupera al final. Esto nos sugiere que se deberían realizar estudios futuros con ontogenias más detalladas, sobre todo teniendo en cuenta el desarrollo del embrión, un mayor detalle nos provee de mas “puntos de referencia” que nos permitirían “observar” efectivamente estos cambio, y así caracterizarlos como cambios heterocrónicos con una direccionalidad y en relación a mas eventos. Referencias 1. Stewart JR, Thompson MB. 2003. J. Exp. Zool. 299A, 13–32. 2. Jeffery JE, Bininda-Emonds OBE, Coates MI, Richardson MK. 2002. Syst Biol. 51:478–491. 3. Blackburn DG, Callard IP. 1997. J. Morphol. 232, 35–55. 4. Jerez A, Ramírez-Pinilla MP. 2003. J. Morphol. 258, 158–178. 5. Stewart JR. 1985. J. Morphol. 185, 101–114. 6. Stewart JR, Thompson MB. 1996. J. Morphol. 227, 349–370. 7. Stewart JR, Florian Jr JD. 2000. J. Morphol. 244, 81–107. 8. Stewart JR, Thompson MB. 2004. J. Morphol. 259, 214–237. 9. Stewart JR, Heulin B, Surget-Groba Y. 2004. Zool. 107, 289–314. 10. Villagrán M, Méndez FR, Stewart JR. 2005. J. 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Escamas completamente diferenciadas y pigmentadas 7 a 8 b 9 c 10 11 12 13 14 d e f g h Amnios rodea completamente al embrión Primer esbozo del alantoides Crecimiento del alantoides llegando a la región dorso-lateral del embrión (expansión a la región media del perímetro del huevo o cámara embrionaria) Inicio formación membrana coriovitelina La membrana coriovitelina desaparece y es reemplazada Inicio de la formación de la masa aislada de la yema Crecimiento del mesodermo intravitelino hacia la yema Inicio vascularización saco de la yema Se reduce significativamente la masa aislada de la yema (regresión de la masa aislada de la yema) Saco de la yema completamente vascularizado j 16 Alantoides contacta al polo abembriónico y contacta masa aislada de la yema k 17 Alantoides rodea completamente el huevo o la cámara embrionaria l 18 *Estadios siguiendo la tabla del desarrollo para Lacerta vivipara16 15 i Tabla 2. Secuencias ontogenéticas de 9 especies de Squamata usadas en este estudio, con diferentes historias de vida. (El orden como están escrito los eventos, es el orden de la secuencias, varios eventos entre paréntesis indican que son simultáneos) Especies Patrón reproductivo-modo nutricional Sceloporus mucronatus Vivíparo-Lecitotrófico Secuencia ontogénetica (1)(2)(3,a,b,f,g,d)(4,c,e,h)(i,5)(6,k,j) 10 Gerrhonotus muticarinatus Lacerta vivípara Pseudemoia entrecasteauxii Niveoscincus ocellatus Bassiana duperreyi Ovíparo-Lecitotrófico (1)(2)(3,a,b,f,d,g)(4,c,h,e)(k,5)(6,i,j,l)5 Ovíparo-Lecitotrófico (1)(2)(3,a,b,f,d,g)(4,c,e,h)(5,k,j)(6,i,l)9 Víviparo-Placentotrófico estricto Vivíparo-Placentotrófico (1)(2)(3,a,b,f,d,g)(4,e,h,c)(5,j)(6,k,i)8 Ovíparo-Lecitotrófico (1)(2)(3,a,b,f,d,g)(4,c,h,e)(5,j,k)(6,i,l)6 Eumeces fasciatus Oviparo-Lecitotrófico Mabuya mabouya Vivíparo-Placentotrófico estricto Chalcides chalcides (1)(2)(3,a,b,f,d,g,h)(4,e)(5,c,j,i)(6,k)6 Vivíparo-Placentotrófico estricto (1)(2)(3,a,b,f,d,g)(4,c,h,e)(5,k,i)(6,j,l)7 (1,d)(2,e,h,b)(3,a,c,j)(4,k)(5)(6,l)4 (1)(2,d)(3,a,b,f,g)(4,c,e,h)(5,i)(6,k,j)3 Figura 1. Transformaciones no ambiguas de los pares de eventos en este estudio. Tabla 3. Ramas en las que hay cambios no ambiguos. Se muestran los eventos que presentaron transformaciones (eventos constituyentes), con sus respectivos cambios como fila y como columna en cada par de eventos, el cambio relativo total de cada evento constituyente y la media del cambio relativo total. Ramas Mabuya mabouya Pseudomoia entrecasteauxii Eventos b-a= 1a 0 c-a= 2 a 1 e-a= 2 a 0 h-a= 2 a 0 j-a= 2 a 1 b-2= 2 a 1 b-3= 1 a 0 b-a= 1 a 0 e-b= 2 a 1 h-b= 2 a 1 c-3= 2 a 1 c-4= 1 a 0 c-a= 2 a 1 e-c= 1 a 0 h-c= 1 a 0 j-c= 2 a 1 d-1= 2 a 1 d-2= 2 a 0 e-2= 2 a 1 e-3= 2 a 0 e-a= 2 a 0 e-b= 2 a 1 e-c= 1 a 0 h-2= 2 a 1 h-3= 2 a 0 h-4= 1 a 0 h-a= 2 a 0 h-b= 2 a 1 h-c= 1 a 0 j-3= 2 a 1 j-4= 2 a 0 j-a= 2 a 1 j-c= 2 a 1 k-4= 2 a 1 d-1= 2 a 1 b-2= 2 a 1 e-2= 2 a 1 h-2= 2 a 1 d-2= 2 a 0 b-3= 1 a 0 c-3= 2 a 1 e-3= 2 a 0 h-3= 2 a 0 j-3= 2 a 1 c-4= 1 a 0 h-4= 1 a 0 j-4= 2 a 0 k-4= 2 a 1 h-a= 2 a 1 Cambio relativo Cambio Evento Evento Evento relativo como Constituyente como fila total columna (CRT) a 0 -5 5 b -3 -2 -1 c -3 -3 0 d -2 0 -2 e -5 0 -5 Media del CRT 3 h -6 0 -6 j -4 0 -4 k 1 -1 0 0 -1 -1 1 2 0 -4 4 3 0 -5 5 4 0 -4 4 a 0 -1 1 2 Chalcides chalcides Lacerta vivipara Gerrhonotus muticarinatus Eumeces fasciatus Lygosominae Eugongylus Eugongylus 2 h-b= 2 a 1 c-4= 1 a 2 c-5= 0 a 1 e-c= 1 a 0 h-c= 1 a 0 i-c= 2 a 1 j-c= 2 a 1 h-d= 2 a 1 e-c= 1 a 0 h-e= 1 a 0 h-f= 2 a 1 h-g= 2 a 1 h-4= 1 a 0 h-a= 2 a 1 h-b= 2 a 1 h-c= 1 a 0 h-d= 2 a 1 h-e= 1 a 0 h-f= 2 a 1 h-g= 2 a 1 h-3= 2 a 1 i-c= 2 a 1 j-i= 0 a 1 j-c=2 a 1 j-i= 0 a 1 h-3= 2 a 1 h-4= 1 a 0 c-5= 1 a 0 d-2= 2 a 1 f-d= 1 a 2 g-d= 1 a 2 f-d= 1 a 2 g-d= 1 a 2 k-6= 0 a 1 d-2= 2 a 1 k-6= 0 a 1 j-5= 2 a 1 j-6= 1 a 0 j-c= 2 a 1 j-c= 2 a 0 j-5= 2 a 1 j-6= 1 a 0 j-i= 2 a 1 j-i= 2 a 1 k-j= 1 a 2 k-j= 1 a 2 k-j= 1 a 0 k-j= 1 a 0 j-6= 1 a 0 j-6= 1 a 0 j-c= 2 a 0 j-c= 2 a 0 k-6= 0 a1 k-6= 0 a 1 b 0 -1 1 c 2 -4 6 d 0 -1 1 e -1 -1 0 f g 0 0 -1 -1 1 1 h -9 0 -9 i -1 1 -2 j j 3 4 5 -1 1 0 0 0 0 0 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 d -1 2 -3 f g k 2 6 1 1 1 0 0 0 0 0 -1 1 1 1 1 1 -1 j -3 0 -3 c 5 6 i 0 0 0 0 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 j -1 1 -2 k j k j 6 j c k 6 1 0 -1 -1 0 -1 0 1 0 0 -1 0 0 -1 0 -1 0 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 1 1 1 1 1 1 1 Tabla 4. Eventos que se están moviendo activamente, se seleccionaron aquellos que presentan un cambio relativo total superior o igual a la media del total de cambios relativos de todos los eventos que sufrieron transformación en las ramas, los pares de eventos en las casillas negras son aquellos que no se están moviendo activamente. Cambio relativo Ramas Mabuya mabouya Pseudomoia entrecasteauxii Eventos b-a= 1a 0 c-a= 2 a 1 e-a= 2 a 0 h-a= 2 a 0 j-a= 2 a 1 e-2= 2 a 1 e-3= 2 a 0 e-a= 2 a 0 e-b= 2 a 1 e-c= 1 a 0 h-2= 2 a 1 h-3= 2 a 0 h-4= 1 a 0 h-a= 2 a 0 h-b= 2 a 1 h-c= 1 a 0 j-3= 2 a 1 j-4= 2 a 0 j-a= 2 a 1 j-c= 2 a 1 b-2= 2 a 1 e-2= 2 a 1 h-2= 2 a 1 d-2= 2 a 0 b-3= 1 a 0 c-3= 2 a 1 e-3= 2 a 0 h-3= 2 a 0 j-3= 2 a 1 c-4= 1 a 0 h-4= 1 a 0 j-4= 2 a 0 k-4= 2 a 1 c-4= 1 a 2 c-5= 0 a 1 e-c= 1 a 0 h-c= 1 a 0 i-c= 2 a 1 j-c= 2 a 1 h-4= 1 a 0 h-a= 2 a 1 h-b= 2 a 1 h-c= 1 a 0 h-d= 2 a 1 h-e= 1 a 0 h-f= 2 a 1 h-g= 2 a 1 Evento Constituyente Cambio Evento Evento (eventos relativo total como fila como columna moviéndose (CRT) activamente) a 0 -5 5 e -5 0 -5 h -6 0 -6 j -4 0 -4 2 0 -4 4 3 0 -5 5 4 0 -4 4 c 2 -4 6 h -9 0 -9 Chalcides chalcides Lacerta vivipara Gerrhonotus muticarinatus Eumeces fasciatus Lygosominae Eugongylus Eugongylus 2 h-3= 2 a 1 i-c= 2 a 1 j-i= 0 a 1 d-2= 2 a 1 f-d= 1 a 2 g-d= 1 a 2 f-d= 1 a 2 g-d= 1 a 2 k-6= 0 a 1 d-2= 2 a 1 k-6= 0 a 1 j-5= 2 a 1 j-6= 1 a 0 j-c= 2 a 1 j-c= 2 a 0 j-5= 2 a 1 j-6= 1 a 0 j-i= 2 a 1 j-i= 2 a 1 k-j= 1 a 2 k-j= 1 a 2 k-j= 1 a 0 k-j= 1 a 0 j-6= 1 a 0 j-6= 1 a 0 j-c= 2 a 0 j-c= 2 a 0 k-6= 0 a1 k-6= 0 a 1 i -1 1 -2 d -1 2 -3 f g k 2 6 1 1 1 0 0 0 0 0 -1 1 1 1 1 1 -1 j -3 0 -3 c 5 6 i 0 0 0 0 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 j -1 1 -2 k j k j 6 j c k 6 1 0 -1 -1 0 -1 0 1 0 0 -1 0 0 -1 0 -1 0 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 Tabla 5. Eventos activos aceptados-finales en la rama de Mabuya mabouya y Pseudomoia entrecasteauxii, se eliminaron todos los eventos que no se mostraron movimientos activo, Nótese la modificación del valor del cambio relativo total Cambio relativo Ramas Mabuya mabouya Pseudomoia entrecasteauxii Eventos b-a= 1a 0 c-a= 2 a 1 e-b= 2 a 1 e-c= 1 a 0 h-b= 2 a 1 h-c= 1 a 0 j-c= 2 a 1 b-2= 2 a 1 d-2= 2 a 0 b-3= 1 a 0 c-3= 2 a 1 c-4= 1 a 0 h-4= 1 a 0 c-4= 1 a 2 c-5= 0 a 1 e-c= 1 a 0 Evento Constituyente Cambio Evento Evento (eventos relativo total como fila como columna (CRT) aceptadosfinales) a 0 -2 2 e -2 0 -2 h -2 0 -2 j -1 0 -1 2 0 -2 2 3 0 -2 2 4 0 -2 2 c 2 -2 4 j-c= 2 a 1 h-4= 1 a 0 h-a= 2 a 1 h-b= 2 a 1 h-d= 2 a 1 h-e= 1 a 0 h-f= 2 a 1 h-g= 2 a 1 h-3= 2 a 1 j-i= 0 a 1 h -8 0 -8 i 0 1 -1 Figura 2. Heterocronías en las secuencias ontogenéticas de las membranas extraembrionarias de Mabuya mabouya y Pseudomoia entrecasteauxii. (el signo positivo significa eventos retrasados y el signo negativo significa eventos precoces). En M. mabouya el desarrollo del embrión y el amnios se retrasan pero el saco de la yema y la aparición de la membrana coriovitelina son precoces. En P. entrecasteauxii el alantoides se retrasa y la vascularización del saco de la yema es precoz.