Firmas genómicas de cambios convergentes en el comportamiento de inmersión en aves
Si alguna vez te has tirado en picado en una piscina, entonces lo sabes: el agua puede ser sorprendentemente dura si la golpeas en el ángulo equivocado.
Pero muchas especies de martín pescador se sumergen de cabeza en el agua para atrapar a sus presas. En un nuevo estudio los investigadores compararon el ADN de 30 especies diferentes de martín pescador para concentrarse en los genes que podrían ayudar a explicar la dieta de las aves y su capacidad para bucear sin sufrir daño cerebral.
El tipo de inmersión que realizan los martines pescadores, lo que los investigadores llaman "zambullida", es una hazaña aeronáutica. "Es una inmersión a alta velocidad del aire al agua y la realizan muy pocas especies de aves", dice Chad Eliason, científico investigador del Museo Field de Chicago y primer autor del estudio. Pero es un comportamiento potencialmente riesgoso.
"Para que los martines pescadores se lancen de cabeza como lo hacen, deben haber desarrollado otros rasgos para evitar que se dañen el cerebro", dice Shannon Hackett, curadora asociada de aves en el Museo Field y autora principal del estudio.
En realidad, no todos los martines pescadores pescan; muchas especies de estas aves comen presas terrestres como insectos, lagartos e incluso otros martines pescadores.
Anteriormente, los coautores Jenna McCollough y Michael Andersen, investigadores de la Universidad de Nuevo México, dirigieron el equipo en el uso de ADN para demostrar que los grupos de martines pescadores que comen peces no son parientes más cercanos entre sí dentro del árbol genealógico del martín pescador. Eso significa que los martines pescadores desarrollaron sus dietas a base de peces (y las habilidades de inmersión para conseguirlas) varias veces distintas, en lugar de que todos evolucionaran a partir de un ancestro común que se alimentaba de peces.
"El hecho de que haya tantas transiciones al buceo es lo que hace que este grupo sea fascinante y poderoso, desde una perspectiva de investigación científica", dice Hackett. "Si un rasgo evoluciona en multitud de momentos diferentes de forma independiente, eso significa que tienes el poder de encontrar una explicación general de por qué ocurre así".
Para este estudio, los investigadores examinaron el ADN de 30 especies de martines pescadores, tanto los que se alimentan de peces como los que no.
Imagen derecha: Un martín pescador en inmersión. Crédito: Richard Towell
"Para obtener todo el ADN del martín pescador, utilizamos especímenes de las colecciones del Museo Field", dice Eliason, que trabaja en el Centro de Bioinformática Grainger y el Centro de Investigación Integrativa Negaunee del Field. "Cuando nuestros científicos hacen trabajo de campo, toman muestras de tejido de los especímenes de aves que recolectan, como trozos de músculo o hígado. Esas muestras de tejido se almacenan en el Museo Field, congeladas en nitrógeno líquido, para preservar el ADN".
En el Laboratorio de ADN del Campo Pritzker, los investigadores iniciaron el proceso de secuenciar los genomas completos de cada una de las especies, generando el código genético completo de cada ave. A partir de ahí, utilizaron software para comparar los miles de millones de pares de bases que componen estos genomas y buscar variaciones genéticas que los martines pescadores buceadores tengan en común.
Los científicos descubrieron que las aves que se alimentaban de peces tenían varios genes modificados asociados con la dieta y la estructura del cerebro. Por ejemplo, encontraron mutaciones en el gen AGT de las aves, que se ha asociado con la flexibilidad dietética en otras especies, y en el gen MAPT, que codifica las proteínas tau relacionadas con el comportamiento alimentario.
Las proteínas tau ayudan a estabilizar diminutas estructuras dentro del cerebro, pero la acumulación de demasiadas proteínas tau puede ser algo malo. En los seres humanos, las lesiones cerebrales traumáticas y la enfermedad de Alzheimer están asociadas con una acumulación de tau.
"Aprendí mucho sobre la proteína tau cuando era el encargado de conmociones cerebrales del equipo de hockey de mi hijo", dice Hackett. "Comencé a preguntarme, ¿Por qué los martines pescadores no mueren porque sus cerebros se vuelven papilla? Tiene que haber algo que estén haciendo que los proteja de las influencias negativas de zambullirse repetidamente con sus cabezas en la superficie del agua".
Imagen: Pieles de estudio de martín pescador en las colecciones del Museo Field. Crédito: Kate Golembiewski
Hackett sospecha que las proteínas tau pueden ser una especie de arma de doble filo. "Los mismos genes que mantienen las neuronas del cerebro en buen estado y ordenadas son los que fallan cuando sufres conmociones cerebrales repetidas si eres un jugador de fútbol o si padeces Alzheimer", dice. "Mi conjetura es que existe algún tipo de fuerte presión selectiva sobre esas proteínas para proteger de alguna manera los cerebros de las aves".
Ahora que se han identificado estas variaciones genómicas correlacionadas, dice Hackett, "la siguiente pregunta es: ¿Qué efecto tienen las mutaciones en los genes de estas aves en las proteínas que se están produciendo? ¿Qué cambios de forma hay? ¿Qué sucede para compensar en el cerebro las fuerzas de esa conmoción?”
"Ahora sabemos cuáles de los genes subyacentes están cambiando y ayudan a crear las diferencias que vemos en la familia del martín pescador", dice Eliason. "Pero ahora que sabemos qué genes observar, se crearon más misterios. Así es como funciona la ciencia".
Imagen: Muestras de tejido almacenadas criogénicamente, mantenidas en frío con nitrógeno líquido, en el Museo Field. Crédito: John Weinstein, Museo Field
Además de una mejor comprensión de la genética del martín pescador y las posibles implicaciones para comprender las lesiones cerebrales, Hackett dice que este estudio es importante porque resalta el valor de las colecciones de los museos.
"Uno de los especímenes del que obtuvimos ADN en este estudio tiene treinta años. En el momento en que se recolectó, no podíamos hacer el tipo de análisis que podemos hacer hoy; ni siquiera podíamos hacer algunas de estas cosas hace cinco años", dice Hackett. "Se remonta a la capacidad de los especímenes individuales para contar nuevas historias a través del tiempo. ¿Y quién sabe qué podremos aprender de estos especímenes en el futuro? Por eso me encantan las colecciones de los museos".
La investigación se ha publicado en la revista Communications Biology: Genomic signatures of convergent shifts to plunge-diving behavior in birds
