Los genomas del 'oso de agua' revelan los secretos de la supervivencia extrema

Oso de agua Echiniscus testudo

Los tardígrados pueden sobrevivir a una desecación casi completa

Los tardígrados pueden ser los últimos sobrevivientes de la naturaleza. Si bien estos diminutos, casi translúcidos animales, pasan desapercibidos fácilmente, representan un grupo diverso que ha colonizado con éxito ambientes de agua dulce, marinos y terrestres en todos los continentes, incluida la Antártida.

Comúnmente conocidos como "osos de agua", estas raras criaturas pueden estar entre los organismos más resistentes del planeta gracias a su incomparable capacidad para sobrevivir en condiciones extremas, siendo varias especies resistentes a la sequía, altas dosis de radiación, ambientes con poco oxígeno y temperaturas y presiones tanto altas como bajas.

Si bien se ha sugerido que numerosos genes contribuyen a esta extrema tolerancia, sigue siendo difícil lograr una comprensión integral de los orígenes y la historia de estas adaptaciones únicas.

En un nuevo estudio científicos del Instituto de Biociencias Avanzadas de la Universidad Keio, el Museo de Historia Natural de la Universidad de Oslo y la Universidad de Bristol, revelan una red sorprendentemente intrincada de duplicaciones y pérdidas de genes asociadas con la extrema tolerancia de los tardígrados, destacando el complejo panorama genético que impulsa la ecología tardígrada moderna.

Como forma de extrema tolerancia, los tardígrados pueden sobrevivir a una desecación casi completa al entrar en un estado latente llamado anhidrobiosis (es decir, vida sin agua), que les permite detener su metabolismo de manera reversible.

Anteriormente se descubrió que múltiples familias de genes específicos de tardígrados estaban asociadas con la anhidrobiosis. Tres de estas familias de genes se denominan proteínas citosólicas, mitocondriales y secretoras abundantes solubles en calor (CAHS, MAHS y SAHS, respectivamente) según la ubicación celular en la que se expresan las proteínas. Algunos tardígrados parecen poseer una vía variante que involucra dos familias de abundantes proteínas termosolubles identificadas por primera vez en el tardígrado Echiniscus testudo y generalmente denominadas EtAHS alfa y beta.

Los tardígrados también poseen genes de resistencia al estrés que se pueden encontrar en animales en general, como el gen de recombinación meiótica 11 (MRE11), que se ha implicado en la tolerancia a la desecación en otros animales. Desafortunadamente, desde la identificación de estas familias de genes, ha habido información limitada disponible sobre la mayoría de los linajes de tardígrados, lo que dificulta sacar conclusiones sobre sus orígenes, historia e implicaciones ecológicas.

Para arrojar mejor luz sobre la evolución de la extrema tolerancia de los tardígrados, los autores del nuevo estudio, James Fleming, Davide Pisani y Kazuharu Arakawa, identificaron secuencias de estas seis familias de genes en 13 géneros de tardígrados, incluidos representantes de los dos principales linajes de tardígrados, los Eutardígrados y Heterotardígrados. Su análisis reveló 74 secuencias CAHS, 8 MAHS, 29 SAHS, 22 EtAHS alfa, 18 EtAHS beta y 21 MRE11, lo que les permitió construir las primeras filogenias tardígradas para estas familias de genes.

filogenia de CAHS

Imagen: Una fotografía del tardígrado Ramazzottius varieornatus, en el centro de una filogenia de CAHS, la mayor de las seis familias de proteínas relacionadas con la desecación analizadas en este estudio. Crédito: Kazuharu Arakawa, Instituto Keio de Biociencias Avanzadas

Como es probable que la resistencia a la desecación haya surgido como una adaptación a los ambientes terrestres, los autores supusieron que encontrarían un vínculo entre las duplicaciones y pérdidas de genes en estas familias de genes y los cambios de hábitat dentro de los tardígrados.

"Cuando comenzamos el trabajo, esperábamos encontrar que cada clado estaría claramente agrupado alrededor de duplicaciones antiguas, con pocas pérdidas independientes. Eso nos ayudaría a vincularlos fácilmente con la comprensión de los hábitats y la ecología modernos", dice el autor principal del estudio, James Fleming.

"Es una hipótesis intuitiva", continúa, "que la evolución de las duplicaciones de estos genes relacionados con la desecación debería contener, en teoría, restos de la historia ecológica de estos organismos, aunque en realidad esto resultó ser demasiado simplista".

En cambio, los autores se sorprendieron por la gran cantidad de duplicaciones independientes de genes solubles en calor, que pintaron una imagen mucho más compleja de la evolución de los genes relacionados con la anhidrobiosis. Sin embargo, cabe destacar que no hubo un vínculo claro entre las especies fuertemente anhidrobióticas y la cantidad de genes relacionados con la anhidrobiosis que poseía una especie.

"Lo que encontramos fue mucho más interesante", dice Fleming, "una red compleja de ganancias y pérdidas independientes que no necesariamente se correlaciona con las ecologías modernas de las especies terrestres".

A pesar de la falta de una relación entre las duplicaciones de genes y la ecología de los tardígrados, el estudio proporcionó información crucial sobre las principales transiciones que llevaron a la adquisición de la anhidrobiosis. Las distintas distribuciones de familias de genes en los dos grupos principales de tardígrados (CAHS, MAHS y SAHS en los eutardígrados y EtAHS alfa y beta en los heterotardígrados) sugieren que dos transiciones independientes de ambientes marinos a limnoterrestres ocurrieron dentro de los tardígrados, una vez en el ancestro Eutardígrado y una vez dentro de los Heterotardígrados.

Esta investigación marca un importante paso adelante en nuestra comprensión de la evolución de la anhidrobiosis en tardígrados. También proporciona una base para futuros estudios sobre la extrema tolerancia de los tardígrados, que requerirán el desarrollo continuo de recursos genómicos de linajes de tardígrados más diversos.

"Desafortunadamente, no tenemos representantes de varias familias importantes, como por ejemplo Isohypsibiidae, y esto limita la firmeza con la que podemos mantener nuestras conclusiones", señala Fleming. "Con más muestras de tardígrados marinos y de agua dulce, podremos apreciar mejor las adaptaciones de los miembros terrestres del grupo".

Desafortunadamente, algunos tardígrados pueden ser especialmente esquivos, lo que presenta un obstáculo importante para tales estudios. Por ejemplo, Tanarctus bubulubus, uno de los tardígrados favoritos de Fleming, es demasiado pequeño para verlo a simple vista y sólo se encuentra en sedimentos en el Atlántico Norte, a profundidades de unos 150 m.

"Con suerte", dice Fleming, "las iniciativas de secuenciación a gran escala a través del Proyecto Biogenoma de la Tierra cerrarán gradualmente esta brecha en nuestra comprensión, y es un esfuerzo que me entusiasma que continúe".

El estudio se ha publicado en Genome Biology and Evolution: The Evolution of Temperature and Desiccation-Related Protein Families in Tardigrada Reveals a Complex Acquisition of Extremotolerance

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