Es una de varias adaptaciones a la vida acuática que implican la pérdida de genes
La adaptación hace 50 millones de años de un linaje de mamíferos terrestres a los ambientes acuáticos es uno de los eventos mejor entendidos en la historia evolutiva de los mamíferos. También es uno de los más dramáticos.
A menudo pensamos en tales adaptaciones en términos de obtener nuevos genes y, por lo tanto, rasgos, permitiendo cambios radicales en el estilo de vida. Sin embargo, una nueva investigación revela que la adaptación a vivir en el agua se trata tanto de perder genes como de obtenerlos.
Un equipo de investigadores del Instituto Max Planck en Dresden, Alemania, y la Universidad de California en los Estados Unidos realizó una encuesta sistemática de los genes perdidos a medida que los organismos que eventualmente se convertirían en cetáceos (ballenas, delfines y marsopas) se separaron de otros linajes de mamíferos.
Esto se debe a que, escriben los autores, "la pérdida de genes no solo puede ser una consecuencia de una selección relajada de una función que se volvió obsoleta, sino que también puede ser un mecanismo de adaptación".
Donde una vez un rasgo podría haber sido crucial en la tierra, en el agua puede servir solo para obstaculizar, o peor. El autor principal Michael Hiller y sus colegas señalan, por ejemplo, investigaciones previas que han indicado que la pérdida de genes ha ayudado a racionalizar los cuerpos de los cetáceos al eliminar el vello corporal.
En tierra, el cabello es a menudo una parte necesaria de la estrategia de regulación del calor de un organismo, pero en el agua puede causar fricción, lo que conduce a una natación ineficiente y todo lo que conlleva, como evitar la depredación. En este caso, la pérdida de genes que producen queratina realmente ayudó a adaptarse al nuevo entorno.
En este estudio, los científicos descubrieron 85 genes que habían sido desactivados por mutaciones en ambos clados de cetáceos existentes; odontocetos (ballenas dentadas) y misticetos (ballenas barbadas).
Esto, razonan, indica que estos genes se perdieron antes de que se dividieran los dos clados y, por lo tanto, era una característica de su ancestro común, o "linaje troncal". Es este linaje troncal de cetáceos el que primero se lanzó y pasó a un estilo de vida acuático durante el período Eoceno.
De los 85 genes identificados, 62 nunca han sido reportados y los investigadores han identificado ocho genes específicamente que probablemente hayan estado involucrados en la adaptación del linaje troncal a un estilo de vida totalmente acuático. Estos están implicados en una amplia gama de rasgos, desde el sueño hasta la saliva.
Dos de los genes perdidos, llamados F12 y KLKB1, se asociaron con la coagulación sanguínea. Si bien estos son vitales en tierra, en el agua podrían provocar una peligrosa coagulación dentro de los vasos sanguíneos, conocida como trombosis.
F12, por ejemplo, causa coagulación cuando encuentra superficies extrañas en el cuerpo. La pérdida de este gen puede haber sido beneficiosa para los cetáceos porque "las microburbujas de nitrógeno, que se forman fácilmente en la sangre al bucear repetidamente, pueden actuar como superficies extrañas activadoras de F12 que conllevan la formación de trombos dañinos".
Otros genes perdidos ayudan a reducir la posibilidad de mutación genética causada por los mecanismos de reparación del ADN que trabajan para rectificar el daño causado por los altos niveles de oxígeno en la sangre necesarios para el buceo profundo.
La pérdida de los genes MAP3K19 y SEC14L3 podría ayudar a prevenir la cicatrización y la consiguiente pérdida de elasticidad en los pulmones de los cetáceos que, a diferencia de los humanos y otros mamíferos terrestres, colapsan durante el buceo profundo y se expanden explosivamente al volver a salir a la superficie. Esta elasticidad ayuda a los cetáceos a renovar el 90% del aire en sus pulmones en una sola respiración.
El gen SLC4A9 es en parte responsable de la producción de saliva en mamíferos terrestres, pero un delfín o ballena promedio tiene poca necesidad de saliva, por eso se ha perdido en los cetáceos.
La saliva ayuda a lubricar la boca, descompone el almidón y facilita el sabor, todo lo cual es menos importante en un ambiente acuático. ¿Quién necesita lubricación oral cuando su comida viene con una bocanada de agua de mar?
Más allá de eso, escriben los autores: “el ambiente marino hiperosmótico requiere una estricta conservación de los recursos de agua dulce en las especies marinas; por lo tanto, la pérdida de agua dulce a través de la secreción de saliva puede ser perjudicial ".
Los ancestros de los cetáceos, como mamíferos que necesitan aire para respirar, también enfrentaron problemas con respecto al ciclo de sueño de los mamíferos. Así como los humanos tienden a evitar la siesta boca abajo en las piscinas, los cetáceos no pueden quedarse dormidos en el océano.
Entonces, las criaturas del linaje troncal de los cetáceos tuvieron que encontrar una forma de equilibrar la necesidad de dormir con la restricción de su nuevo entorno acuático. Como resultado, tienen una adaptación única llamada "sueño unihemisférico", que "permite que un hemisferio cerebral duerma mientras el hemisferio despierto coordina el movimiento para salir a la superficie".
Esta adaptación fue facilitada por la pérdida de varios genes involucrados en la producción y recepción de la hormona del sueño melatonina. Esto ayudó a "desacoplar los patrones de sueño-vigilia del día", lo que, según los investigadores, "puede haber sido una condición previa para adoptar el sueño unihemisférico como el patrón de sueño exclusivo".
El trabajo de Hiller y sus colegas, publicado en la revista Science Advances, nos ayuda a comprender no solo la historia evolutiva de los mamíferos acuáticos, sino que también ilumina la mecánica de la adaptación evolutiva.
No se trata solo de relajar las presiones de selección sobre rasgos innecesarios, ni de obtener nuevos rasgos fisiológicos o de comportamiento específicos para un nuevo entorno. También se trata de deshacerse de los viejos rasgos, una vez útiles, que los organismos ahora están mejor sin ellos.
Artículo científico: Genes lost during the transition from land to water in cetaceans highlight genomic changes associated with aquatic adaptations
