Reconstrucción de las proteínas visuales de los primeros ancestros de las ballenas sugiere que eran buceadores de aguas profundas
Es casi imposible saber cómo se comportaron los animales extintos; no hay Parque Jurásico donde podamos verlos cazar, aparearse o evadir a los depredadores.
Pero una técnica en desarrollo está dando a los investigadores un código fisiológico para descifrar el comportamiento de las especies extintas mediante la reconstrucción y el análisis de las proteínas de los animales extintos. Esta nigromancia molecular puede ayudarlos a comprender los rasgos que no se conservan en el registro fósil.
En el ejemplo más reciente de esta técnica en acción, los científicos dirigidos por Sarah Dungan, quien completó el trabajo cuando era estudiante de posgrado en la Universidad de Toronto (U of T) en Ontario, han revivido los pigmentos visuales de algunos de los primeros ancestros de los cetáceos.
El trabajo le ha proporcionado a Dungan y sus colegas una nueva mirada sobre cómo habrían vivido los protocetáceos inmediatamente después de una crucial coyuntura evolutiva: el tiempo hace aproximadamente 55 a 35 millones de años cuando los animales que eventualmente se convirtieron en ballenas y delfines abandonaron sus estilos de vida terrestres para regresar al mar.
La fascinación de Dungan por la evolución de las ballenas comenzó cuando tenía ocho años. Cuando era niña, le encantaba pasar tiempo en el agua y aprender sobre biología marina. Su padre le dijo de pasada que los ancestros de las ballenas modernas alguna vez vivieron en tierra.
Se quedó con ella la noción de que un animal podría transformarse de vivir completamente fuera del agua a no poder vivir fuera de ella. Aprender sobre la transición evolutiva que tomaron las ballenas modernas, del océano a la tierra y de regreso, "me dejó totalmente asombrada", dice ella. "El artículo científico es el final de una historia que comenzó cuando yo era muy joven".
En 2003, los investigadores de la U of T fueron pioneros en una técnica para ensamblar antiguas proteínas visuales de animales extintos. Han aplicado la técnica en todo el reino animal, aprendiendo más sobre cómo veían el mundo las especies extintas. Pero estudiar a los cetáceos extintos es especialmente interesante porque la transición de la tierra al océano transformó los reinos visuales de los animales.
En este estudio, los investigadores compararon la rodopsina, el pigmento visual responsable de la visión en la penumbra, de los animales que marcaron la transición de la tierra al océano. Se enfocaron en el primer cetáceo, que vivió hace 35 millones de años y probablemente nadaba usando poderosos músculos en su cola, y el primer whippomorph (uno de un grupo de animales que incluye cetáceos e hipopótamos), que vivió hace 55 millones de años.
Los científicos aún no han descubierto los fósiles de las dos especies extintas. De hecho, ni siquiera pueden decir con precisión de qué especie son. Pero la técnica de Dungan puede inferir secuencias de proteínas antiguas incluso sin esta información. El enfoque sigue las migas de pan evolutivas que quedan en las proteínas de los animales modernos para descubrir cómo se habrían visto las formas antiguas, incluso sin los huesos de las especies mismas.
Al comparar las supuestas proteínas del primer whippomorph y el primer cetáceo, los científicos pueden deducir las sutiles diferencias en su visión. Estas diferencias en la visión podrían reflejar diferencias en los comportamientos de los animales.
"Hay mucho que puedes aprender de la evidencia fósil", dice Dungan. "Pero el ojo es una ventana entre el organismo y su entorno".
Usando un árbol evolutivo y las estructuras de rodopsina conocidas de los modernos cetáceos, Dungan y su equipo construyeron un modelo para predecir las variantes de los animales antiguos. Fabricaron los pigmentos visuales en el laboratorio mediante la modificación genética de células de mamíferos cultivadas y probaron la luz a la que son más sensibles.
Los científicos descubrieron que, en comparación con el antiguo whippomorph, el cetáceo extinto probablemente era más sensible a las longitudes de onda de luz azul. La luz azul penetra más profundamente en el agua que la roja, por lo que los habitantes modernos de las profundidades marinas, incluidos los peces y los cetáceos, tienen una visión sensible al azul. El hallazgo sugiere que el cetáceo extinto se sentía cómodo en las profundidades del mar.
Los científicos también descubrieron que la versión de rodopsina de los antiguos cetáceos se adapta rápidamente a la oscuridad. Los ojos de los cetáceos modernos se adaptan rápidamente a la luz tenue, ayudándolos a moverse entre la brillante superficie donde respiran y las oscuras profundidades donde se alimentan. Este hallazgo es "lo que realmente selló el trato", dice Dungan.
Según sus hallazgos, los científicos creen que los primeros cetáceos probablemente se sumergieron en la zona crepuscular del océano, entre 200 y 1.000 metros. La vista era vital durante las inmersiones. Los antiguos cetáceos no podían ecolocalizarse como los delfines, por lo que dependían más de la visión.
El hallazgo es sorprendente, dice Lorian Schweikert, neuroecóloga de la Universidad de Carolina del Norte en Wilmington, que no participó en el estudio. Ella pensó que los primeros cetáceos se habrían quedado cerca de la superficie. "Comenzó desde abajo, ahora estamos aquí", bromea, en alusión a la exitosa canción de Drake.
Schweikert dice que estudiar la fisiología del ojo es una forma confiable de inferir la ecología de un animal porque las proteínas visuales no cambian mucho con el tiempo. Los cambios raros casi siempre se correlacionan con cambios ambientales.
La conclusión más importante del trabajo de Dungan y sus colegas, dice Schweikert, es que aclara aún más el orden en el que evolucionaron los comportamientos de buceo extremo de los cetáceos. La investigación de la rodopsina se basa en trabajos anteriores que pintaban un cuadro similar.
En un estudio anterior, los investigadores reconstruyeron la antigua mioglobina y demostraron que los primeros cetáceos "sobrecargaron" el suministro de oxígeno de sus músculos mientras contenían la respiración, una prueba más de que eran buenos buceadores. Otro estudio, esta vez sobre antiguos pingüinos, mostró que cuando las aves tuvieron su propia transición a la vida marina, su hemoglobina desarrolló mecanismos para administrar el oxígeno de manera más eficiente.
Dungan y sus colegas están canalizando ahora su tabla Ouija molecular para resucitar la rodopsina de los primeros mamíferos, murciélagos y arcosaurios. Esto les ayudará a comprender cómo evolucionaron la nocturnidad, las madrigueras y el vuelo.
El enfoque es "simplemente divertido", dice Schweikert. "Estás tratando de mirar hacia el pasado para comprender cómo evolucionaron estos animales. Me encanta que podamos mirar la visión para resolver algunos de estos problemas".
La investigación se ha publicado en PNAS: Ancient whale rhodopsin reconstructs dim-light vision over a major evolutionary transition: Implications for ancestral diving behavior
