La interesante evolución de la visión de las ballenas

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la rodopsina en la visión de la orca

La rodopsina es una proteína que permite ver incluso en la oscuridad

Los ojos son la ventana entre un animal y su entorno, y si el entorno ha cambiado tanto como una ballena en los últimos 50 millones de años, cuentan una intrigante historia acerca de su historia evolutiva. Debido a que los mamíferos marinos descienden de antepasados terrestres, ballenas y delfines tienen muchas adaptaciones para la vida acuática, incluyendo la visión bajo el agua, pero aún sabemos muy poco sobre cómo evolucionaron estas adaptaciones a nivel genético.

Investigadores del Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la Universidad de Toronto utilizan una combinación de métodos estadísticos y experimentales para determinar cómo el gen que codifica la proteína visual conocida como rodopsina ha evolucionado de manera diferente en las ballenas y delfines en relación con los mamíferos terrestres.

Mediante el uso de la rodopsina de la orca como modelo experimental, los resultados muestran que no sólo es el gen de la rodopsina el que influyó en la selección natural de las ballenas, sino también que las mutaciones seleccionadas de forma natural en el gen confieren una mayor sensibilidad hacia la luz bajo el agua desplazada al azul. Esto hace que sea uno de los primeros estudios sobre la evolución de la ballena que enlazan directamente con los patrones de selección de un cambio medible en la función.

Sus hallazgos fueron publicados antes de impresión como una publicación de acceso anticipado el 20 de octubre de 2015 de la revista de Science, Molecular Biology and Evolution, y presentados en la reciente reunión bienal de la Sociedad de Mastozoología Marina en San Francisco el 17 de diciembre de 2015. La financiación fue proporcionada por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Naturales de Canadá (NSERC).

sensibilidad de rodopsina en la orcaSarah Dungan, estudiante de doctorado y autora principal del artículo explica: "La rodopsina es una proteína sensible a la luz en las celdas de las varillas de los ojos que permite ver incluso en la oscuridad. Las ballenas son particularmente dependientes de la rodopsina porque la luz se desvanece muy rápidamente con la profundidad bajo el agua. Pero la mayoría de la luz en el océano también es azul, así que si eres un buceador profundo como un cachalote, que tiene rodopsina más sensible en la parte azul del espectro, permite que sus ojos aprovechen al máximo la escasa luz a cientos de metros bajo la superficie. Esto podría significar la diferencia entre la captura de su presa o pasar hambre".

Incluso en especies que cazan más cerca de la superficie, tales como las orcas, la sensibilidad de la rodopsina está desplazada al azul en comparación con los parientes cercanos terrestres como la vaca.

Estos aspectos funcionales de la evolución de proteínas a menudo se pasan por alto cuando las firmas de selección en los genes o genomas están sobre acentuadas. "Bioinformática y estadísticas evolutivas son ahora las zonas calientes de la investigación", según Dungan, "pero para decir algo acerca de la adaptación se necesita mostrar también cómo los cambios genéticos pueden ser de beneficiosos para el organismo, lo que a menudo requiere un enfoque interdisciplinario".

"Proteínas visuales como la rodopsina son ideales para este tipo de investigación porque su respuesta funcional a la luz puede medirse directamente in vitro", añade la Dra. Belinda Chang, una experta en biología de la visión y bioquímica visual de proteínas, y directora del laboratorio detrás el estudio. "Los métodos computacionales nos dicen dónde enfocar nuestros trabajos. Qué partes de la secuencia de ADN del gen ha sido cambiadas por la selección natural o qué áreas estructurales de la proteína rodopsina no se corresponden. Pero los experimentos de mutación nos muestran lo que esos cambios evolutivos en realidad hacen a una función de la proteína al cambiar la sensibilidad de la rodopsina a diferentes partes del espectro de la luz".

Los resultados del estudio, publicados en Molecular Biology and Evolution, muestran evidencia computacional y experimental de la selección natural en la rodopsina de la ballena para la visión en ambientes submarinos, e ilumina una faceta de cómo se han adaptado estas notables criaturas a la vida en el mar.

Artículo científico: Spectral Tuning of Killer Whale (Orcinus orca) Rhodopsin: Evidence for Positive Selection and Functional Adaptation in a Cetacean Visual Pigment

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