Nuevo estudio también tiene implicaciones para comprender la duración de la vida humana
Los peces de roca están en el menú de la Cuenca del Pacífico, en su mayor parte sin tener en cuenta el origen del pescado o cuál de las 137 especies está en el plato; por lo general, se identifica simplemente como pez de roca o, incorrectamente, como bacalao de roca o pargo rojo.
Pero este pez aparentemente anónimo, uno de los vertebrados más longevos de la Tierra, tiene pistas sobre los genes que determinan la esperanza de vida y las ventajas y desventajas de vivir más tiempo.
En un estudio que aparece esta semana en la revista Science, biólogos de la Universidad de California, Berkeley, comparan los genomas de casi dos tercios de las especies conocidas de peces de roca que habitan las aguas costeras alrededor del Océano Pacífico y descubren algunas de las diferencias genéticas que subyacen a sus vidas tan variadas.
Algunos peces de roca, como el colorido pez de roca calicó (Sebastes dallii), viven poco más de una década, mientras que el más longevo del género Sebastes, el pez de roca de ojo rugoso (Sebastes aleutianus), que se puede encontrar desde Japón hasta las Islas Aleutianas, puede vivir en el lecho marino en aguas costeras frías y profundas durante más de 200 años.
Su amplio rango de esperanza de vida, sin mencionar las diferencias de tamaño, estilo de vida y nicho ecológico, que los científicos denominan fenotipos, evolucionó en tan solo 10 millones de años, una de las radiaciones más rápidas entre todos los peces.
Para descubrir los determinantes genéticos de la vida útil del pez roca, los investigadores obtuvieron muestras de tejido, y ocasionalmente muestras de degustación, de 88 especies y secuenciaron sus genomas completos con una técnica de vanguardia conocida como secuenciación Pacbio o SMRT.
Encontraron una variedad de genes asociados con una vida útil más larga, aunque algunos de estos genes implican adaptaciones para vivir a mayor profundidad y crecer, los cuales están asociados con una mayor esperanza de vida. Entre los mamíferos, por ejemplo, los elefantes viven más que las ratas.
Los hallazgos también destacan las ventajas y desventajas de una prolongada vida útil, que incluye poblaciones más pequeñas, algo que también se observa en los mamíferos, con ratas de corta vida que superan ampliamente en número a los elefantes de larga vida.
"En este estudio, identificamos tanto las causas genéticas como las consecuencias de la adaptación a una vida útil extrema", dijo el autor principal Peter Sudmant, profesor asistente de biología integrativa de la UC Berkeley. "Es muy emocionante poder observar un grupo de especies y ver cómo su fenotipo ha sido moldeado a través del tiempo y los cambios genéticos que impulsan ese fenotipo y, simultáneamente, cómo ese fenotipo se retroalimenta e influye en la diversidad genética de esa población".
Sudmant reconoce que muchas de las vías biológicas que él y su equipo encontraron asociadas con la esperanza de vida se han identificado antes en estudios genéticos de variación dentro de una sola especie animal, aunque este estudio implica varios genes nuevos en estas vías. Sin embargo, la variación natural dentro de este género de peces que se ha irradiado por todo el Océano Pacífico encapsula de manera única la mayoría de los muchos factores genéticos que influyen en la vida útil.
"Podrías pensar en el pez roca como una especie de tormenta perfecta. De alguna manera, tanto a nivel individual (tener peces individuales capaces de vivir durante mucho tiempo debido a las adaptaciones de tamaño y profundidad), pero también tener todas estas especies diferentes que están mostrando estas diferentes tendencias", dijo. "Son un conjunto perfecto de individuos para observar, donde otras personas solo tenían una sola especie para observar".
El estudio también tiene implicaciones para comprender la duración de la vida humana. Sudmant y sus colegas encontraron que las especies de vida más larga tenían más genes inmunomoduladores, en particular, un grupo llamado butirofilinas, que las especies de vida más corta. Debido a que el sistema inmunológico participa en la regulación de la inflamación, y el aumento de la inflamación se ha relacionado con el envejecimiento humano, los hallazgos apuntan a genes que podrían ser objetivos de terapias para retrasar el daño en el cuerpo relacionado con la edad.
"Aquí hay una oportunidad de mirar en la naturaleza y ver cómo las adaptaciones naturales han dado forma a la vida útil y pensar en cómo esos mismos tipos de genes están actuando en nuestros propios cuerpos", dijo.
Imagen: El pez de roca de ojos amarillos, Sebastes ruberrimus, habita en aguas profundas a lo largo de la costa de California y vive más de 140 años. Crédito: Equipo de buceo con ROV del Southwest Fisheries Science Center
El tamaño y el hábitat explican gran parte de la variación de la vida útil de los peces
Los investigadores buscaron variaciones de ADN que eran más comunes en peces con vidas más largas y encontraron 137 variaciones genéticas asociadas a la longevidad.
Sin embargo, no todos tienen un efecto directo sobre la vida útil. Los investigadores se encargaron de separar las variaciones genéticas que permitieron al pez roca adaptarse a profundidades más profundas y crecer a un tamaño mayor, ya que esas adaptaciones en sí mismas tienen el efecto secundario de aumentar la vida útil. Las aguas más profundas y frías ralentizan el metabolismo, por ejemplo, que se asocia con una vida útil más larga en muchos animales.
"Podemos explicar el 60% de la variación en la esperanza de vida con solo observar el tamaño en la madurez y la profundidad a la que vive un pez", dijo Sudmant. "Por lo tanto, se puede predecir la vida útil con una precisión bastante alta solo a partir de estos factores. Esto nos permitió identificar los genes que les permiten hacer esas cosas".
El resto de la variación asociada a la longevidad involucró principalmente a tres tipos de genes: un enriquecimiento en el número de genes para reparar el ADN; variaciones en muchos genes que regulan la insulina, que se sabe desde hace mucho tiempo que influyen en la vida útil; y un enriquecimiento de genes que modulan el sistema inmunológico. Más genes de reparación del ADN podrían ayudar a proteger contra el cáncer, mientras que más genes inmunes podrían ayudar a prevenir infecciones y cáncer.
"Seis miembros diferentes de la vía de señalización de la insulina están bajo selección en estos peces", dijo Sudmant. "Si miras los libros de texto, hay alrededor de nueve o diez miembros principales de la vía, por lo que la mayoría de ellos están bajo selección en peces de roca".
Imagen: Un árbol genealógico de las 88 especies de peces de roca del Pacífico cuyos genomas fueron secuenciados para este estudio. La esperanza de vida de cada especie está indicada por las barras de colores, que van desde el pez de roca áspero de vida más larga (barra amarilla) hasta muchas especies de vida corta (barras azules). (Gráfico de Peter Sudmant, cortesía de Science)
Esencialmente, dijo Sudmant, algunas especies de peces de roca extendieron su vida útil simplemente adaptándose para vivir en aguas más profundas y frías y aumentando su tamaño. Sin embargo, las especies más longevas aumentaron aún más su esperanza de vida al ajustar la reparación del ADN, la señalización de la insulina y los genes de modulación inmunitaria.
A partir de los 88 genomas del pez roca, los investigadores también pudieron inferir cómo era el genoma ancestral del pez roca y cómo evolucionaron las especies a partir de ese ancestro común hace 10 millones de años. Descubrieron que con el aumento de la vida útil también se redujeron los niveles de población. Algunas de las especies más longevas sobreviven hoy en día en pequeñas cantidades que dependen de hembras muy viejas, pero muy fértiles, para reponer la población. Estas hembras grandes, viejas, gordas y fecundas, o BOFFFF, como se las conoce en los círculos de conservación de peces, producen la mayoría de las crías, a veces millones por año, aunque con una baja tasa de supervivencia, que siembra la próxima generación.
"En estos peces de roca, de hecho podemos observar esta evolución durante este período de tiempo de 10 millones de años, y observamos que cuando algunas especies evolucionan por un corto período de vida, el tamaño de su población se expande, y cuando evolucionan por un largo período de vida, el tamaño de su población se contrae", dijo. "En sus genomas podemos ver una firma de eso, en la variación genética que existe en estas especies. Entonces, hay una consecuencia de adaptarse a una vida larga y corta".
Un hallazgo intrigante, dijo, es que las especies longevas tienen un exceso de ciertos tipos de mutaciones en el ADN, específicamente, la conversión del par de nucleótidos CG (citosina-guanina) en TG (timina-guanina), que se sabe que se acumula en los tumores con el envejecimiento. Debido a que las hembras más viejas de estas especies longevas producen la mayor parte de la descendencia, estas inusuales alteraciones genéticas se transmiten al resto de la población longeva.
Sudmant y sus colegas de laboratorio están actualmente involucrados en comparaciones de genomas similares entre murciélagos, primates y otros organismos, observando los genes correlacionados con la esperanza de vida, el envejecimiento, el estrés y otras diferencias fenotípicas. Pero el proyecto del pez roca era algo especial, dijo.
"A menudo, en genética, se nos ridiculiza por hacer experimentos que son expediciones de pesca", dijo. "Esto fue literal y figurativamente una expedición de pesca".
Los investigadores postdoctorales de UC Berkeley Sree Rohit Raj Kolora y Gregory Owens, ahora en la Universidad de Victoria en Columbia Británica, Canadá, son los primeros coautores del artículo.
La investigación ha sido publicada en la revista científica Science: Origins and evolution of extreme life span in Pacific Ocean rockfishes
