Categoría | Evolución

Secuencian genoma de un pez ancestral clave en el desarrollo de los mamíferos

 

Un equipo internacional de investigadores ha descifrado el genoma de una criatura cuya historia evolutiva es a la vez enigmática y esclarecedora: el celacanto africano. Una verdadera vivienda viva que se pensaba que se había extinguido.

 

Calecanto africano


Un celacanto vivo fue descubierto frente a las costas de África en 1938, y desde entonces, las preguntas sobre estos peces de aspecto antiguo y popularmente conocido como “fósiles vivientes”, han cobrado mucha importancia. Los celacantos hoy se parecen mucho a los esqueletos fosilizados de sus antepasados ​​de más de 300 millones de años de antigüedad. Su genoma confirma lo que muchos investigadores habían sospechado durante mucho tiempo: los genes en los celacantos están evolucionando más lentamente que en otros organismos.

Los científicos encontraron que los genes en general están evolucionando significativamente más lento que en todos los demás peces y vertebrados que habitan en la Tierra.

Los investigadores presumen que este lento ritmo de cambio puede ser debido a que los celacantos simplemente no han tenido que cambiar: viven principalmente fuera de la costa de África oriental (una segunda especie de celacanto vive en las costas de Indonesia), en las profundidades del océano y que relativamente ha cambiado poco a lo largo de los milenios.

Usualmente hablamos de cómo las especies han cambiado con el tiempo sin embargo hay unos pocos lugares en la Tierra donde los organismos no tienen que cambiar, y los calencantos son uno de ellos. Son ideales para las profundidades del mar.

Debido a su parecido con los fósiles que datan de millones de años, los celacantos hoy se conocen como “fósiles vivientes” a menudo – un término acuñado por Charles Darwin. Pero el celacanto no es una reliquia del pasado traída de vuelta a la vida: es una especie que ha sobrevivido, reproducido, pero ha cambiado muy poco en su apariencia durante millones de años.

Según los autores “No es un fósil viviente, es un organismo vivo”. “No vivimos en una burbuja de tiempo, sino que viven en nuestro mundo, que es por eso que es tan fascinante para descubrir que sus genes evolucionan más lentamente que los nuestros.”

El genoma del celacanto también ha permitido a los científicos probar otras preguntas largamente debatidas. Por ejemplo, los celacantos poseen algunas de las características que se parecen extrañamente similares a las observadas sólo en los animales que habitan en la tierra, incluyendo aletas “lóbulos”, que se asemejan a las extremidades de los animales terrestres de cuatro patas (conocido como tetrápodos). Otro grupo de aspecto extraño de los peces conocidos como peces pulmonados posee aletas lobuladas también. Es probable que una de las especies de peces de aletas lobuladas ancestrales dio lugar a las primeras criaturas anfibias de cuatro patas para escalar fuera del agua y hacia la tierra, pero hasta ahora, los investigadores no pudieron determinar cuál de los dos es el más candidato probable.

Además de la secuenciación del genoma completo (cerca de 3 mil millones de bases de ADN) del celacanto, los investigadores también analizaron el contenido del ARN del celacanto (tanto de las especies africanas como indonésicas) con las de los pulmonados. Esta información les permitió comparar los genes que se utilizan en el cerebro, los riñones, el hígado, el bazo y el intestino de los peces pulmonados con conjuntos de genes del celacanto y otras 20 especies de vertebrados. Sus resultados sugieren que los tetrápodos son más estrechamente relacionados con los peces pulmonados que al celacanto.

Sin embargo, el celacanto sigue siendo un organismo esencial para estudiar lo que se denomina la transición del agua a la tierra. Aunque los peces pulmonados puede estar más estrechamente relacionados con los animales terrestres, su genoma sigue siendo inescrutable ya que los 100 mil millones de bases de longitud, el genoma del pez pulmón son simplemente demasiado difícil de manejar para los científicos tanto para secuenciarlo como para ensamblarlo y analizarlo.

El genoma del calecanto es por lo tanto más modesto en (comparable al genoma humano) y por lo tanto está dando pistas valiosas acerca de los cambios genéticos que pudieron haber permitido el florecimiento de tetrápodos en la tierra.

Al observar qué genes se perdieron cuando los vertebrados vinieron en tierra, así como qué elementos reguladores, partes del genoma que regulan dónde, cuándo, y en qué grado genes están activos, se ganaron, los investigadores hicieron varios descubrimientos inusuales:

  • Primero el sentido del olfato. El equipo encontró que muchos cambios regulatorios influenciados por los genes implicados en la percepción del olor y la detección de los olores en el aire. Su hipótesis es que a medida que las criaturas se trasladaron desde el mar a la tierra, se necesitaron nuevos medios para detectar sustancias químicas en el medio ambiente que les rodea.
  • Inmunidad. Los investigadores encontraron un número importante de cambios normativos relacionados con la inmunidad cuando compararon el genoma del celacanto con los genomas de animales en la tierra. Su hipótesis es que estos cambios pueden ser parte de una respuesta a los nuevos agentes patógenos que se encuentran en la Tierra.
  • Desarrollo evolutivo. Los investigadores encontraron varias regiones genéticas claves que pueden haber sido “evolutivamente reclutadas” para formar innovaciones en los miembros de los tetrápodos, los dedos de manos y pies, y la placenta de los mamíferos. Una de estas regiones, conocidas como HoxD, alberga una secuencia particular que se comparte entre los celacantos y tetrápodos. Es probable que esta secuencia del celacanto fueron captadas por los tetrápodos para ayudar a formar las manos y los pies.
  • Ciclo de la urea. Los peces se deshacen del nitrógeno mediante la excreción de amoniaco en el agua, pero los seres humanos y otros animales terrestres convierten rápidamente el amoniaco en urea menos tóxica utilizando el ciclo de la urea. Los investigadores encontraron que el gen más importante que participa en este ciclo se ha modificado en los tetrápodos.

El genoma del celacanto puede tener otras pistas para los investigadores que investigan la evolución de los tetrápodos. Esto es sólo el comienzo de muchos análisis de los que el celacanto puede enseñarnos acerca de la aparición de los vertebrados terrestres, incluidos los humanos, y, junto con los enfoques empíricos modernos, puede aportar nuevos conocimientos sobre los mecanismos que han contribuido a importantes innovaciones evolutivas.

La secuenciación del genoma completo celacanto era un reto único por muchas razones. Los celacantos son una especie en peligro de extinción, lo que significa que las muestras para la investigación son casi inexistentes. Esto significa que cada muestra obtenida era muy preciada.

A pesar de su genoma ofrece algunas respuestas tentadoras, el equipo de investigación prevé estudiar la inmunidad de los peces, la respiración, la fisiología lo que dará lugar a una visión más profunda de cómo algunos vertebrados se adaptaron a la vida en la tierra, mientras que otros permanecieron como criaturas en el mar.

 

Referencia

Chris T. Amemiya, Jessica Alföldi, Alison P. Lee, Shaohua Fan, Hervé Philippe, Iain MacCallum, Ingo Braasch, Tereza Manousaki, Igor Schneider, Nicolas Rohner, Chris Organ, Domitille Chalopin, Jeramiah J. Smith, Mark Robinson, Rosemary A. Dorrington, Marco Gerdol, Bronwen Aken, Maria Assunta Biscotti, Marco Barucca, Denis Baurain, Aaron M. Berlin, Gregory L. Blatch, Francesco Buonocore, Thorsten Burmester, Michael S. Campbell, Adriana Canapa, John P. Cannon, Alan Christoffels, Gianluca De Moro, Adrienne L. Edkins, Lin Fan, Anna Maria Fausto, Nathalie Feiner, Mariko Forconi, Junaid Gamieldien, Sante Gnerre, Andreas Gnirke, Jared V. Goldstone, Wilfried Haerty, Mark E. Hahn, Uljana Hesse, Steve Hoffmann, Jeremy Johnson, Sibel I. Karchner, Shigehiro Kuraku, Marcia Lara, Joshua Z. Levin, Gary W. Litman, Evan Mauceli, Tsutomu Miyake, M. Gail Mueller, David R. Nelson, Anne Nitsche, Ettore Olmo, Tatsuya Ota, Alberto Pallavicini, Sumir Panji, Barbara Picone, Chris P. Ponting, Sonja J. Prohaska, Dariusz Przybylski, Nil Ratan Saha, Vydianathan Ravi, Filipe J. Ribeiro, Tatjana Sauka-Spengler, Giuseppe Scapigliati, Stephen M. J. Searle, Ted Sharpe, Oleg Simakov, Peter F. Stadler, John J. Stegeman, Kenta Sumiyama, Diana Tabbaa, Hakim Tafer, Jason Turner-Maier, Peter van Heusden, Simon White, Louise Williams, Mark Yandell, Henner Brinkmann, Jean-Nicolas Volff, Clifford J. Tabin, Neil Shubin, Manfred Schartl, David B. Jaffe, John H. Postlethwait, Byrappa Venkatesh, Federica Di Palma, Eric S. Lander, Axel Meyer, Kerstin Lindblad-Toh. The African coelacanth genome provides insights into tetrapod evolution. Nature, 2013; 496 (7445): 311 DOI: 10.1038/nature12027



  • Artículo escrito por:

    - quién ha escrito 576 artículos en bioBlogia.

    Francisco P. Chávez Profesor Asistente, Laboratorio de Microbiología Molecular y Biotecnología Departamento de Biología Facultad de Ciencias Universidad de Chile

    Contactar al autor

    Comentarios

    Enviar respuesta

    advert

    bioBlogia

    Francisco P. Chávez Ph.D
    Departamento de Biología
    Facultad de Ciencias
    Universidad de Chile
    microbioblogia [at] gmail.com
    http://about.me/bioBlogia

    Translator

    bioBlogia en Flickr

    Get Adobe Flash player

    Nube de etiquetas