Cómo desarrollaron los peces órganos eléctricos

proteína fluorescente en el músculo del pez cebra

Los peces eléctricos desactivaron en los músculos un duplicado del gen del canal de sodio y lo activaron en otras células

Los órganos eléctricos ayudan a los peces eléctricos, como la anguila eléctrica, a hacer todo tipo de cosas asombrosas: envían y reciben señales similares a los cantos de los pájaros, ayudándolos a reconocer otros peces eléctricos por especie, sexo e incluso individuo.

Un nuevo estudio explica cómo pequeños cambios genéticos permitieron que los peces eléctricos desarrollaran órganos eléctricos. El hallazgo también podría ayudar a los científicos a identificar las mutaciones genéticas detrás de algunas enfermedades humanas.

La evolución aprovechó una peculiaridad de la genética de los peces para desarrollar órganos eléctricos. Todos los peces tienen versiones duplicadas del mismo gen que produce pequeños motores musculares, llamados canales de sodio. Para desarrollar órganos eléctricos, los peces eléctricos desactivaron en los músculos un duplicado del gen del canal de sodio y lo activaron en otras células. Los diminutos motores que normalmente hacen que los músculos se contraigan fueron reutilizados para generar señales eléctricas, ¡y listo! Nació un nuevo órgano con algunas asombrosas capacidades.

"Esto es emocionante porque podemos ver cómo un pequeño cambio en el gen puede cambiar por completo el lugar donde se expresa", dijo Harold Zakon, profesor de neurociencia y biología integrativa en la Universidad de Texas en Austin y co-autor del estudio.

En el nuevo artículo, investigadores de UT Austin y la Universidad Estatal de Michigan describen el descubrimiento de una pequeña sección de este gen del canal de sodio, de aproximadamente 20 letras, que controla si el gen se expresa en una determinada célula. Confirmaron que en los peces eléctricos, esta región de control está alterada o falta por completo. Y es por eso que uno de los dos genes del canal de sodio está desactivado en los músculos de los peces eléctricos. Pero las implicaciones van mucho más allá de la evolución de los peces eléctricos.

"Esta región de control se encuentra en la mayoría de los vertebrados, incluidos los humanos", dijo Zakon. "Entonces, el próximo paso en términos de salud humana sería examinar esta región en bases de datos de genes humanos para ver cuánta variación hay en personas normales y si algunas deleciones o mutaciones en esta región podrían conducir a una expresión reducida de los canales de sodio, lo que podría resultar en una enfermedad".

La primera autora del estudio es Sarah LaPotin, técnica de investigación en el laboratorio de Zakon en el momento de la investigación y actualmente candidata a doctorado en la Universidad de Utah. Además de Zakon, los otros autores principales del estudio son Johann Eberhart, profesor de biociencias moleculares en UT Austin, y Jason Gallant, profesor asociado de biología integradora en la Universidad Estatal de Michigan.

anguila eléctrica

Imagen: Anguila eléctrica

Zakon dijo que el gen del canal de sodio tenía que desactivarse en el músculo antes de que pudiera evolucionar un órgano eléctrico.

"Si activaran el gen tanto en el músculo como en el órgano eléctrico, entonces todas las cosas nuevas que estaban sucediendo en los canales de sodio en el órgano eléctrico también estarían ocurriendo en el músculo", dijo Zakon. "Entonces, era importante aislar la expresión del gen en el órgano eléctrico, donde podría evolucionar sin dañar el músculo".

Hay dos grupos de peces eléctricos en el mundo: uno en África y el otro en América del Sur. Los investigadores descubrieron que los peces eléctricos en África tenían mutaciones en la región de control, mientras que los peces eléctricos en América del Sur la perdieron por completo. Ambos grupos llegaron a la misma solución para desarrollar un órgano eléctrico, perder la expresión de un gen del canal de sodio en el músculo, aunque por dos diferentes caminos.

"Si rebobinas la cinta de la vida y le das al play, ¿Se reproducirá de la misma manera o encontrará nuevas formas de avanzar? ¿Funcionaría la evolución de la misma manera una y otra vez?", dijo Gallant, quien cría los peces eléctricos de América del Sur que se usaron en parte del estudio.

"Con los peces eléctricos intentamos responder a esa pregunta porque han desarrollado repetidamente estos increíbles rasgos. En este artículo nos balanceamos por los límites, tratando de entender cómo estos genes de los canales de sodio se han perdido repetidamente en los peces eléctricos. Realmente fue un esfuerzo de colaboración".

Una de las próximas preguntas que los investigadores esperan responder es cómo evolucionó la región de control para activar los canales de sodio en el órgano eléctrico.

La investigación se ha publicado en Science Advances: Divergent cis-regulatory evolution underlies the convergent loss of sodium channel expression in electric fish

Imagen de cabecera: Una proteína verde fluorescente se enciende solo en el músculo del tronco en un embrión de pez cebra en desarrollo. Crédito de la imagen: Mary Swartz/Johann Eberhart/Universidad de Texas en Austin. (ver imagen ampliada)

Etiquetas: EvoluciónÓrganoPez eléctrico

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