Els cucs de terra revelen un mecanisme evolutiu que desafiaria Darwin

El 1859, Darwin va imaginar l'evolució com un procés lent i gradual, amb espècies acumulant petits canvis al llarg del temps. Però fins i tot ell es va sorprendre en mirar el registre fòssil i no trobar les baules perdudes, formes intermèdies que haurien de contar la història pas a pas. L'escassetat de formes intermèdies va portar els paleontòlegs Stephen Jay Gould i Niles Eldredge a proposar el 1972 la idea de l'equilibri puntuat, segons la qual les espècies no canvien lentament, sinó que romanen estables durant milions d'anys i després, de cop i volta, fan salts evolutius breus i radicals. Aquests grans canvis ocorrerien de forma abrupta i en poblacions petites i aïllades, lluny del radar paleontològic. Encara que alguns fòssils donen suport a aquest patró, la comunitat científica continua dividida: estem davant d'una regla de l'evolució o d’una excepció vistosa?

Ara un estudi apunta per primer cop a un mecanisme de reorganització genòmica ràpida i massiva que va poder intervenir en la transició dels animals dels oceans a la terra, fa 200 Ma. El treball ha estat liderat per l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE), centre mixt del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat Pompeu Fabra (UPF), i ha comptat amb la participació del la UAB, representada per el grup liderat per Aurora Ruiz-Herrera, investigadora de l’Institut de Biotecnologia i de Biomedicina (IBB-UAB), professora catedràtica del Departament de Biologia Cel·lular, de Fisiologia i d’Immunologia, i ICREA Acadèmia.

L'equip de recerca ha demostrat que els anèl·lids marins (els cucs) van reorganitzar el seu genoma de dalt a baix, deixant-lo irreconeixible, en abandonar els oceans i trepitjar terra ferma. Les observacions són consistents amb un model d'equilibri puntuat, i apuntarien que canvis abruptes al genoma – i no només graduals – van poder intervenir en l'adaptació dels animals estudiats a ambients terrestres. El mecanisme genètic identificat podria transformar la concepció de l’evolució dels animals i sacsejar les lleis de l’evolució dels genomes que es coneixen fins ara.

L'equip ha seqüenciat per primera vegada el genoma d'alta qualitat de diversos cucs de terra, i els ha comparat amb els d'altres espècies d'anèl·lids propers (sangoneres i anèl·lids marins, o poliquets). L'absència de genomes complets havia impedit fins ara l'estudi de patrons i característiques a nivell cromosòmic per a moltes espècies, reduint la investigació a fenòmens a menor escala.

Després d’armar cadascun dels trencaclosques genòmics, l'equip ha aconseguit viatjar en el temps amb gran precisió fins fa més de 200 Ma, quan van viure els ancestres de les espècies seqüenciades. «Es tracta d'un episodi evolutiu essencial per a la vida al planeta, ja que moltes espècies, com els cucs o els vertebrats, que vivien a l'oceà, van trepitjar llavors per primera vegada terra ferma», comenta Rosa Fernández, investigadora principal del grup de Filogenòmica i Evolució de Genomes Animals (Metazoa Phylogenomics and Genome Evolution Lab) a l’IBE.

L'anàlisi d'aquests genomes ha revelat un resultat inesperat: les transformacions genòmiques dels anèl·lids no van succeir de manera gradual, com prediu la teoria neodarwinista, sinó en explosions puntuals de profunda remodelació genètica. «L'enorme reorganització dels genomes observada als cucs en passar de l'oceà a terra ferma no pot ser explicada amb el mecanisme parsimoniós que proposa Darwin; les nostres observacions ressonen molt més amb la teoria de Gould i Eldredge de l'evolució puntuada», afegeix Fernández.

Un mecanisme genètic radical que aportaria respostes evolutives

L'equip internacional ha descobert que els cucs de mar van trencar el seu genoma en milers de fragments només per tornar-lo a acoblar i continuar evolucionant en terra ferma. Aquest fenomen desafia els models actuals d'evolució del genoma, que mostren que en la majoria de les espècies –des d'esponges i coralls fins a mamífers–, les estructures genòmiques romanen notablement conservades al llarg del temps. «Tot el genoma dels cucs de mar es va trencar i després es va reorganitzar de manera completament aleatòria en molt poc temps a l'escala evolutiva», diu Fernández. «Vaig fer que el meu equip repetís l'anàlisi mil vegades, perquè no m'ho podia creure».

Una de les claus per entendre per què aquesta dràstica alteració no va conduir a l’extinció pot estar a l'estructura tridimensional (3D) del genoma. En aquest sentit, el grup liderat per Aurora Ruiz-Herrera, va aportar la seva experiència en arquitectura genòmica 3D: el treball va revelar que els cromosomes d'aquests cucs moderns són significativament més flexibles que els dels vertebrats i altres organismes model.

«L'organització tridimensional del genoma proporciona un marc estructural que permet que els gens romanguin connectats funcionalment, fins i tot quan la seva ordre lineal s'altera dràsticament», afirma Ruiz-Herrera. «Aquesta plasticitat podria ser el que fa que una reconfiguració tan extrema del genoma sigui compatible amb la supervivència i l'adaptació». Gràcies a aquesta flexibilitat, els gens situats en diferents parts del genoma podrien haver estat capaços de canviar de posició sense deixar de funcionar junts. Aquesta capacitat podria haver estat essencial per permetre importants reordenacions de l'ADN sense comprometre la viabilitat de l'organisme.

Els investigadors suggereixen que aquestes transformacions genètiques podrien haver ajudat els cucs a adaptar-se ràpidament a la vida terrestre, reorganitzant els seus gens per respondre millor a nous desafiaments com la respiració o l'exposició a la llum solar. L'estudi proposa també que aquests ajustaments no només van reubicar gens, sinó que també van fusionar fragments abans separats, creant noves “quimeres genètiques” que haurien impulsat la seva evolució. «Podria semblar que aquest tipus de desordre comportaria l'extinció del llinatge, però potser algunes espècies van basar el seu èxit evolutiu en aquest superpoder», comenta Fernández.

Les observacions de l'estudi són consistents amb un model d'equilibri puntuat, on s'observa un esclat de canvis genòmics en un període curt després d'un llarg període d'estabilitat. No obstant això, l'absència de dades experimentals que confirmin o desmenteixin - en aquest cas, fòssils de 200 Ma d'antiguitat – dificulta la validació d'aquesta teoria.

El desordre cromosòmic: problema o solució?

L'estudi apunta a que conservar l'estructura genòmica a nivell lineal –és a dir, que els gens estiguin més o menys al mateix lloc en espècies diferents– potser no és tan essencial com es creia. «De fet, l'estabilitat podria ser l'excepció i no la regla en els animals, que podrien beneficiar-se d'un genoma més fluid», comenta Fernández.

Aquest fenomen de reorganització extrema genètica s'havia observat anteriorment en la progressió del càncer en humans. Els resultats d'aquest estudi obren la porta a comprendre millor la potència d'aquest mecanisme genòmic radical amb implicacions per a la salut humana.

L’estudi, a més, ha agitat un dels debats científics més vívids del nostre temps. «Ambdues visions, la de Darwin i la de Gould, són compatibles i complementàries. Mentre que el neodarwinisme explica a la perfecció l'evolució de les poblacions, encara no ha aconseguit explicar alguns episodis excepcionals i crucials de la història de la vida a la Terra, com ara l'explosió de la vida animal als oceans primer, fa més de 500 milions d’anys, o la transició de la vida dels oceans a la terra, fa 200 en el cas dels cucs de terra», apunta Fernández. «Aquí es on la teoria de l’equilibri puntuat podria aportar respostes».

En el futur, una major investigació de l'arquitectura genòmica d'invertebrats menys estudiats podria posar llum sobre els mecanismes genòmics que vertebren l'evolució de les espècies. «Hi ha una gran diversitat que desconeixem, amagada en els invertebrats, i el seu estudi ens podria aportar nous descobriments inesperats sobre la diversitat i plasticitat de l'organització genòmica, i portar-nos a trencar dogmes sobre com creiem que estan organitzats els genomes», conclou Fernández.

L'estudi ha comptat també amb la col·laboració de personal investigador del Trinity College, la Universidad Complutense de Madrid, la University of Köln i la Université Libre de Bruxelles.

L'estudi ha rebut el suport de l'ajuda SEA2LAND (Starting Grant finançada per l'European Research Council), així com del Catalan Biogenome Project, que va finançar la seqüenciació d'un dels genomes de cucs.

Article de referència: Vargas-Chávez, C., Benítez-Álvarez, L., Martínez-Redondo, G. I., Álvarez-González, L., Salces-Ortiz, J., Eleftheriadi, K., Escudero, N., Guiglielmoni, N., Flot, J.-F., Novo, M., Ruiz-Herrera, A., McLysaght, A., & Fernández, R. (2025). «A punctuated burst of massive genomic rearrangements by chromosome shattering and the origin of non-marine annelids». Nature Ecology and Evolution. DOI 10.1038/s41559-025-02728-1