El Phalacrocorax harrisi es el único cormorán del mundo no volador
Fernandina, la isla más occidental del archipiélago de Galápagos, es un lugar prístino. También es un lugar regularmente inundado por flujos de lava que hacen que hiervan sus aguas. Sin embargo, eso no ha impedido que un extraño ave llame hogar a Fernandina: el único cormorán no volador del mundo.
Ahora, un nuevo estudio propone una explicación de cómo perdió su capacidad de volar el ave marina de alas achaparradas, a través de más de una docena de anomalías genéticas que comparte con los humanos que sufren de una variedad de raros trastornos esqueléticos.
Para la mayoría de las aves la ausencia de vuelo sería un grave problema. Pero, como concluyó Charles Darwin en su famoso viaje a Galápagos, el aislamiento puede permitir el desarrollo de especies con desventajas tan aparentes. La gran pregunta para los científicos modernos es cómo animales como el cormorán no volador llegaron a ser de esta manera en primer lugar.
A diferencia de los pingüinos, avestruces, kiwis y emúes, que evolucionaron en sus formas no voladoras hace más de 50 millones de años, el cormorán de Galápagos (Phalacrocorax harrisi) se separó de sus parientes voladores hace apenas 2 millones de años. Esa división más reciente sugiere un número relativamente pequeño de cambios genéticos que diferencian a los cormoranes voladores de sus primos de las Galápagos.
El genetista Leonid Kruglyak de la Universidad de California, Los Ángeles, comenzó a investigar la evolución de los cormoranes no voladores después de visitar las islas. Como no pudo encontrar estudios concluyentes sobre la corpulenta ave, se propuso secuenciar su ADN utilizando muestras del laboratorio de Patricia Parker, ecologista de la Universidad de Missouri en St. Louis y el zoológico de St. Louis.
Parker y su equipo han pasado años en las islas, durmiendo al aire libre y trabajando desde barcos pesqueros reconvertidos para recolectar más de 20.000 muestras de sangre de animales de Galápagos. El equipo de Kruglyak luego comparó el ADN del cormorán de Galápagos con el de otras tres aves relacionadas: el cormorán de doble cresta, el cormorán neotropical y el cormorán pelágico.
Dado que muchos genes del desarrollo tienen múltiples roles, el equipo de Kruglyak razonó que no se encontraría un factor genético para la ausencia de una proteína en una mutación proteica, lo que podría conducir a un desenlace fatal. En su lugar, comenzaron a buscar irregularidades en los vastos segmentos de ADN entre los genes llamados regiones no codificantes, con la esperanza de encontrar pistas sobre cómo los mismos genes podrían ser regulados de manera diferente.
Pero esa comparación no arrojó ningún resultado, por lo que volvieron a las regiones codificantes, los genes que producen proteínas, para buscar mutaciones que cambiarían la capacidad de una proteína para funcionar normalmente. Descubrieron cerca de una docena de genes mutados en los cormoranes de Galápagos, conocidos por desencadenar en humanos raros desórdenes esqueléticos llamados ciliopatías, a menudo caracterizados por cráneos deformados, extremidades cortas y pequeñas costillas. Dado que los cormoranes de Galápagos tienen alas cortas y un esternón inusualmente pequeño, los investigadores sospecharon que este vínculo era significativo, escribieron en Science.
Las ciliopatías en humanos surgen de mutaciones genéticas que afectan a los cilios: las extensiones microscópicas en forma de pelos utilizadas para transmitir mensajes químicos entre las células que controlan el desarrollo de los vertebrados. Cuando se apagan esas señales, el cuerpo puede crecer de una manera visiblemente anormal. El síndrome de Sensenbrenner es un ejemplo, una rara afección que se reporta en unas pocas docenas de personas caracterizadas por un cráneo alargado, extremidades y dedos cortos, un tórax estrecho y problemas respiratorios. Uno de los genes relacionados con Sensenbrenner, llamado Ift122, fue mutado de manera similar en el cormorán de Galápagos. Otro gen responsable de la producción de cilios, Cux1, parece jugar un papel en las cortas alas del cormorán.
A continuación, los investigadores pusieron a prueba Ift122 y Cux1. Insertaron el gen Ift122 mutado en gusanos redondos del suelo, que usan cilios para detectar su entorno. En comparación con sus contrapartes normales, los gusanos mutados se agruparon en lugar de dispersarse en su entorno de placas de Petri, gracias a los cilios que funcionaban inadecuadamente. Cuando insertaron el gen Cux1 del cormorán en células de ratón productoras de cartílago que crecían en un plato, las células mostraron un desarrollo atrofiado.
Pero la conexión entre estos genes y la condición de vuelo sigue siendo una hipótesis, señala Kruglyak. "El experimento ideal haría que un cormorán de Galápagos u otro cormorán no volara", dice, lo que algún día podría hacerse con una herramienta como la edición de genes CRISPR. "A medida que las tecnologías mejoran, podemos imaginar probar estas mutaciones genéticas en aves y observar cómo se desarrollan las alas".
"Este estudio es importante y emocionante para agregar un mecanismo sobre cómo podría evolucionar la ausencia de vuelo", dice Natalie Wright, bióloga de la Universidad de Montana en Missoula, que estudia en las islas la evolución de la ausencia de vuelo. Ella agrega que la mayoría de los investigadores sospechan que el vuelo se pierde gracias a los cambios que causan que las aves retengan características juveniles en la adultez. El cormorán de Galápagos, cuyas rechonchas alas hacen que se parezca a un pájaro bebé cubierto de maleza, es un ejemplo perfecto.
Pero los investigadores advierten que este no es el final de la historia. "La mayor advertencia para este estudio es que los autores hicieron solo una pantalla relativamente básica para los cambios en las regiones que no codifican", dice Tim Sackton, que estudia la genómica de las aves no voladoras en la Universidad de Harvard. Ninguna mutación sola causó que los cormoranes pierdan su capacidad de volar.
Por lo tanto, aunque es más sencillo estudiar los efectos de las mutaciones en los genes que codifican proteínas, es probable que haya más mutaciones no descubiertas que afecten a la ausencia de vuelo en las regiones no codificantes, sugiere Sackton.
¿Los cormoranes de Galápagos ganan algo por su desgana? Parker piensa que no. "De hecho, es posible que el cormorán de Galápagos sea un poco peor para atrapar peces, ya que no tienen que reunir la energía para volar", dice ella. De acuerdo, es posible que se hayan ido de su residencia en la isla, en gran parte libre de depredadores y patógenos. "Esa puede ser una de las razones por las que estos extraños y torpes animales pueden andar rodando y hacerlo bien", dice Parker.
Artículo científico: A genetic signature of the evolution of loss of flight in the Galapagos cormorant
