Científics del Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica (CNAG), ubicat al Parc Científic de Barcelona, han participat en un estudi internacional liderat per l’Institut Max Planck de Genètica Molecular, el Centre Max Delbrück i el Centro Andaluz de Biología del Desarrollo. En el nou estudi, publicat a Nature Ecology & Evolution, l’equip va analitzar les etapes crítiques del desenvolupament de les extremitats, quan comença a formar-se la morfologia de l’ala, comparant embrions de ratapinyada i de ratolí. 

En els mamífers, les ratapinyades han desenvolupat la capacitat de volar mitjançant un parell d’ales que són estructuralment similars a les mans humanes, ja que contenen ossos, vasos sanguinis, nervis i tendons. La diferència clau rau en una membrana cutània flexible anomenada quiropatagi, que s’estén entre els dits allargats II a V. Altres membranes, el plagiopatagi i l’uropatagi, s’estenen entre les extremitats anteriors i posteriors, i entre les cames, respectivament. Les ales de les ratapinyades es poden moure com una mà durant el vol, cosa que els fa voladors especialment eficients i àgils. Aquesta espècie es troba arreu del món, excepte en deserts extrems i regions polars.

Com apareixen capacitats tan extraordinàries com el vol, juntament amb els canvis anatòmics i funcionals associats, i com s’encoden al genoma, ha estat una pregunta central en la biologia des de Darwin. Com a exemple extrem d’innovació evolutiva, l’ala de la ratapinyada ofereix un model únic per estudiar les bases moleculars de les novetats evolutives i la transformació morfològica.

Mitjançant tecnologies d’avantguarda, els investigadors han descobert aspectes sorprenents dels programes genètics de les ratapinyades que permeten diferenciar una mà d’una ala i dels canvis morfològics que fan possible el vol. Van dur a terme anàlisis del genoma complet i transcriptòmiques a escala de cèl·lula individual (scRNA-seq) i van aplicar eines computacionals avançades per interpretar les dades.

“Hem triat les ratapinyades perquè són un exemple excel·lent d’adaptació fenotípica. Les extremitats són un model preciós per veure com l’evolució produeix formes i funcions diferents”, explica el professor Stefan Mundlos, autor de l’estudi. “Penseu en les extremitats d’un cavall o les aletes d’un dofí, o les nostres mans o una ala. Són exemples clars de com l’evolució transforma una estructura en una de completament diferent”.

Un dels grans reptes d’aquest camp de recerca és la comparació de dades genòmiques i unicel·lulars entre espècies diferents, especialment quan es treballa amb organismes no model, com les ratapinyades. Tot i això, aquesta tecnologia capdavantera permet una visió única de l’activitat gènica de cada cèl·lula dins d’un òrgan durant els diferents passos del desenvolupament. Comparant les extremitats anteriors (ales) i posteriors (cames) en ratapinyades i ratolins, els científics van poder classificar els tipus cel·lulars implicats en la formació de les ales, i van fer descobriments inesperats.

“Una de les sorpreses més grans per a nosaltres va ser que tots els tipus cel·lulars i funcions de les extremitats semblen estar conservats entre espècies. Inicialment, pensàvem que aquesta tecnologia i anàlisi ens donarien una visió clara d’alguns tipus cel·lulars únics de les ratapinyades responsables de formar les ales, ja que aquestes i les extremitats dels ratolins són molt diferents entre si”, explica Francisca M. Real, autora de l’estudi.

Els científics van demostrar un concepte evolutiu important que opera durant el desenvolupament: els mateixos programes genètics es reutilitzen en altres cèl·lules en lloc d’inventar-ne de nous. En particular, es va mostrar que les cèl·lules que formen el quiropatagi no són fonamentalment diferents de les cèl·lules d’altres parts de les extremitats. El que canvia és el moment i la localització de l’activació gènica. En altres espècies, aquests gens s’activen normalment a l’inici del desenvolupament i només a la part proximal del brot de l’extremitat. En les ratapinyades, però, els mateixos gens es reactiven més tard i en regions més distals de l’extremitat en desenvolupament.

“Les cèl·lules presents a la part proximal de l’extremitat són similars, per identitat, a les que després formen l’ala. Això reflecteix com funciona l’evolució. La gran pregunta és com es regula aquest programa genètic amb tanta precisió en l’espai i en el temps. Podem identificar diferències significatives en el genoma que desencadenin tot aquest procés des del principi?”, conclou Christian Feregrino, primer autor de l’estudi.

» Article de referència: Schindler, M., Feregrino, C., Aldrovandi, S. et al. Comparative single-cell analyses reveal evolutionary repurposing of a conserved gene programme in bat wing development. Nat Ecol Evol (2025). doi: https://doi.org/10.1038/s41559-025-02780-x.

» Enllaç a la notícia: web del CNAG [+]