El evento de extinción masiva provocó cambios en la composición de nucleótidos
Poco después de que un asteroide se estrellara contra la Tierra hace 66 millones de años, terminó la vida de los dinosaurios no aviares, pero comenzó la historia evolutiva de los primeros ancestros de las aves.
El registro fósil nos dice que los primeros ancestros de las aves actuales comenzaron su viaje evolutivo justo después del evento de extinción masiva causado por el asteroide, pero los investigadores no estaban seguros de cómo verían esa historia reflejada en los genomas de las aves.
Ahora, un estudio de la Universidad de Michigan ha identificado importantes cambios en los genomas de las aves provocados por la extinción masiva, llamada el evento de extinción masiva del Cretácico final, que en última instancia contribuyeron a la increíble diversidad de aves actuales.
El estudio examinó la trayectoria evolutiva de los principales grupos de aves y encontró evidencia de "fósiles genómicos" en el ADN de las aves que marcan pasos evolutivos críticos a medida que las aves evolucionaron hasta convertirse en más de 10.000 especies vivas.
"Al estudiar el ADN de las aves vivas, podemos intentar detectar patrones de secuencias genéticas que cambiaron justo después de uno de los eventos más importantes en la historia de la Tierra", dijo el autor principal Jake Berv, quien completó el estudio como becario de Ciencias de la Vida de Michigan en el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la U-M.
"La firma de esos eventos parece haberse impreso en los genomas de los sobrevivientes de una manera que podemos detectar decenas de millones de años después".
El genoma de un organismo vivo está compuesto por cuatro moléculas de nucleótidos, denominadas con las letras A, T, G y C. El orden de estos nucleótidos en un genoma define el "plano" de la vida.
El código de ADN a veces puede evolucionar de tal manera que cambia la composición general de los nucleótidos de ADN en todo el genoma. Estos cambios en la composición son cruciales para determinar qué tipo de variación genética es posible y contribuye al potencial evolutivo de un organismo, o su capacidad para evolucionar.
Imagen derecha: El martín pescador malaquita, Alcedo cristata, es miembro del grupo de aves Coraciimorphae. Berv y sus coautores identifican a este grupo de aves y a otros como estrechamente vinculados a la extinción masiva del final del Cretácico que ocurrió a raíz del impacto del asteroide Chicxulub hace aproximadamente 66 millones de años. Crédito de la imagen: Daniel Field, Universidad de Cambridge
Los investigadores descubrieron que el evento de extinción masiva provocó cambios en la composición de nucleótidos. También descubrieron que estos cambios parecen estar relacionados con la forma en que se desarrollan las aves cuando son recién nacidas, su tamaño adulto y su metabolismo.
Por ejemplo, entre 3 y 5 millones de años después de la extinción masiva, los linajes de aves supervivientes tendieron a desarrollar cuerpos más pequeños. También cambiaron su forma de desarrollarse como crías, y más especies se volvieron "altriciales". Esto significa que aún están en una etapa embrionaria cuando nacen, necesitan que sus padres los alimenten y pueden tardar semanas en emplumar, dice Berv. Las aves que nacen listas para valerse por sí mismas, como los pollos y los pavos, se denominan "precociales".
"Descubrimos que el tamaño corporal de los adultos y los patrones de desarrollo previos a la eclosión son dos importantes características de la biología de las aves que podemos vincular con los cambios genéticos que estamos detectando", dijo Berv, ahora becario postdoctoral de IA en Ciencia de Schmidt en el Instituto de Datos e IA en Sociedad de Michigan de la U-M.
Berv dice que uno de los desafíos más importantes en la biología evolutiva y la ornitología es desentrañar las relaciones entre los principales grupos de aves: es difícil determinar la estructura del árbol de la vida de las aves actuales. Durante los últimos 15 años, los investigadores han estado aplicando conjuntos de datos genómicos cada vez más grandes para tratar de resolver el problema.
Anteriormente, los investigadores utilizaban datos genómicos para estudiar la evolución de los genomas de las aves utilizando modelos estadísticos que hacen suposiciones sólidas. Estos modelos "tradicionales" permiten a los investigadores reconstruir la historia de los cambios genéticos, pero normalmente suponen que la composición del ADN, su proporción de nucleótidos A, T, G y C, no cambia a lo largo de la historia evolutiva.
Imagen: El pájaro carpintero norteño, Colaptes auratus, es miembro del grupo de aves Coraciimorphae. Berv y sus coautores identifican a este grupo de aves y a otras como estrechamente vinculadas a la extinción masiva del final del Cretácico que ocurrió a raíz del impacto del asteroide Chicxulub hace aproximadamente 66 millones de años. Crédito de la imagen: Daniel Field, Universidad de Cambridge
A fines de 2019 Berv comenzó a trabajar con Stephen Smith, profesor de ecología y biología evolutiva de la U-M, quien estaba desarrollando una herramienta de software para rastrear más de cerca la composición del ADN a lo largo del tiempo y en diferentes ramas del árbol de la vida.
Con esta herramienta, los investigadores pudieron relajar la suposición de que la composición del ADN permanece constante. Smith dijo que esto permitió que el "modelo" de la evolución del ADN variara a lo largo del árbol evolutivo e identificara lugares donde probablemente hubo un cambio en la composición del ADN.
Para esta nueva investigación, estos cambios se concentraron en el tiempo, dentro de unos 5 millones de años de la extinción masiva del final del Cretácico, dice Berv. Su enfoque también les permitió estimar qué rasgos de las aves estaban más estrechamente asociados con estos cambios en la composición del ADN.
"Este es un tipo importante de cambio genético que creemos que podemos vincular con el evento de extinción masiva", dijo. "Hasta donde sabemos, los cambios en la composición del ADN no se habían asociado previamente con la extinción masiva del Cretácico final de una manera tan clara".
Imagen: Rasgos de historia de vida de las aves asociados con cambios en el modelo molecular inferidos.
Daniel Field, profesor de paleontología de vertebrados en la Universidad de Cambridge y coautor del estudio, se ha interesado en comprender cómo afectó a la evolución de las aves la extinción masiva del final del Cretácico. Proporcionó orientación relacionada con la evolución de las aves tempranas después de la extinción masiva.
"Sabemos que los eventos de extinción masiva pueden afectar dramáticamente la biodiversidad, la ecología y la forma de los organismos. Nuestro estudio enfatiza que estos eventos de extinción pueden en realidad influenciar la biología de los organismos aún más profundamente, alterando aspectos importantes de cómo evolucionan los genomas", dijo Field.
"Este trabajo profundiza nuestra comprensión de los dramáticos impactos biológicos de los eventos de extinción masiva y destaca que la extinción masiva que acabó con los dinosaurios gigantes fue uno de los eventos de mayor impacto biológico en toda la historia de nuestro planeta".
Los investigadores dicen que al relajar las suposiciones típicas utilizadas en la biología evolutiva, están construyendo una visión más matizada de la secuencia de eventos que ocurrieron en la historia temprana de las aves.
"Generalmente no hemos considerado el cambio en la composición y el modelo del ADN a lo largo del árbol de la vida como un cambio que indique que ha sucedido algo interesante en un momento y lugar particular", dijo Smith. "Este estudio demuestra que probablemente nos hemos estado perdiendo algo".
La investigación se publica como un artículo de acceso abierto en la revista Science Advances: Genome and life-history evolution link bird diversification to the end-Cretaceous mass extinction
