Las formas grandes son el doble de grandes que las pequeñas y tardan 11 años en alcanzar la edad adulta
Cuando Jeff Kneebone era estudiante universitario en 2002, su investigación se centró en un misterio marino que ha desconcertado a científicos durante las últimas dos décadas. Ese misterio tenía que ver con las rayas espinosas del Atlántico Norte (raya radiante o radiada, Amblyraja radiata).
En algunas partes de su área de distribución, los individuos de esta especie presentan dos tamaños distintos, independientemente del sexo, y nadie pudo entender por qué. En aquel entonces, Kneebone tampoco.
En un reciente estudio, Kneebone e investigadores del Museo de Historia Natural de Florida afirman haber encontrado finalmente una respuesta.
La diferencia de tamaño entre las rayas espinosas se conoce desde hace casi un siglo, pero adquirió una importancia crítica a partir de los años 70, cuando su número se desplomó. Se creía que la causa del declive era la sobrepesca humana, y la solución era sencilla. En 2003, se impuso una estricta moratoria pesquera en Estados Unidos para las rayas espinosas y otra especie, la raya barndoor, cuyas poblaciones también eran precarias.
"La raya de barndoor (Dipturus laevis) se recuperó hasta el punto en que ahora se permite cosecharla nuevamente, pero por alguna razón, la raya espinosa se ha mantenido baja, a pesar de 20 años de protección", dijo Kneebone, quien actualmente trabaja como científico principal en el Centro Anderson Cabot para la Vida Oceánica en el Acuario de Nueva Inglaterra.
Según datos de una encuesta recopilada por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, las rayas espinosas han disminuido entre un 80% y un 95% en algunas áreas, en particular el Golfo de Maine, y también están languideciendo en bajas cantidades en las aguas canadienses frente a la Plataforma Escocesa.
Las rayas espinosas tienen una amplia distribución. Se encuentran desde Carolina del Sur hasta el Círculo Polar Ártico y, al este, a través de Escocia, Noruega y Rusia. En la parte ártica y europea de su área de distribución, las rayas espinosas tienen un solo tamaño. Solo a lo largo de la costa de Norteamérica coexisten variedades pequeñas y grandes.
Imagen derecha: Las rayas espinosas parecen un panqueque cubierto de espinas y se encuentran ampliamente distribuidas en el hemisferio norte, desde el este de Estados Unidos hasta el oeste de Rusia. Ilustración de Lindsay Gutteridge.
"Nadie entendía qué pasaba con estas rayas", dijo Gavin Naylor, coautor del estudio y director del Programa de Investigación de Tiburones de Florida en el Museo de Historia Natural de Florida. Los científicos habían intentado estudiar el ADN de las rayas espinosas para ver si existían diferencias entre los tamaños grandes y pequeños, pero no encontraron nada.
"Las formas grandes son el doble de grandes y tardan 11 años en alcanzar la edad adulta. Las formas pequeñas alcanzan la madurez a los seis años. Debe haber diferencias genéticas".
Naylor pensó que podría descifrar el código.
La idea era simple. Estudios previos habían intentado responder a la pregunta analizando unas pocas secuencias cortas de ADN tomadas de un pequeño número de rayas espinosas. Era una buena estrategia, razonó Naylor, pero no tuvo éxito porque los investigadores aún no habían procesado suficiente ADN.
En cambio, lo que se necesitaba era un enfoque de captura genética: un laborioso método que permite a los investigadores recopilar datos de secuencias de ADN de miles de secuencias en todo el genoma de un organismo, el término utilizado para describir el ADN almacenado en los núcleos de las células. Lo más importante es que harían esto con cientos de rayas espinosas, lo que les proporcionaría abundantes datos para analizar.
Difundió el mensaje a la comunidad científica, y se enviaron al equipo más de 600 muestras de tejido recolectadas en gran parte del hemisferio norte. Realizó los costosos preparativos para poner en marcha el trabajo de laboratorio.
Imagen: Las rayas espinosas no se desplazan mucho. Según Kneebone, un individuo podría permanecer en un radio de 50 kilómetros durante nueve años. Crédito: Kristen Grace, Museo de Historia Natural de Florida.
Luego llegó la pandemia de COVID-19 y las restricciones posteriores que se implementaron hicieron imposible realizar un trabajo de laboratorio extenso y en persona, lo que puso el proyecto en una pausa indefinida.
Una de las investigadoras postdoctorales de Naylor en aquel momento, Shannon Corrigan, organizó una misión de rescate. Si no podían recolectar ADN de captura genética de cientos de rayas espinosas, podrían secuenciar el genoma completo de cuatro o cinco individuos. Esto reduciría drásticamente la cantidad de trabajo presencial.
Era un plan arriesgado. Había muy pocas posibilidades de encontrar lo que buscaban secuenciando genomas, y solo contaban con financiación suficiente para una cosa u otra.
Fue un Ave María, dijo Naylor, pero valió la pena. Si hubieran usado la idea original de la captura genética, "lo habríamos perdido por completo".
Tal como estaban las cosas, casi lo pasan por alto. El primer autor del estudio, Pierre Lesturgie, fue el encargado de analizar el genoma —sus 2.500 millones de pares de bases— una vez secuenciado. Mientras revisaba los datos, algo extraño le llamó la atención.
"Había una gran región en el cromosoma dos que nos pareció extraña. Dado que se comportaba de una manera que no entendíamos, consideramos eliminarla del análisis", dijo Lesturgie.
Imagen: Las rayas, al igual que otros tiburones y mantas, poseen un órgano con carga eléctrica llamado ampolla de Lorenzini, que utilizan para atrapar alimento sin ser vistas. Crédito: Kristen Grace, Museo de Historia Natural de Florida.
Pensó que podría ser una aberración o potencialmente un error introducido durante el proceso de secuenciación, y le preocupaba que redujera la precisión de sus resultados. Estaba a punto de tirarlo a la basura cuando Naylor mencionó que parecía el tipo de cosa que obtendrías de una inversión genética, un proceso natural en el que una secuencia de ADN se invierte en la dirección equivocada.
La mayoría de los organismos, incluidos los humanos, tienen al menos algunas inversiones en sus genomas, por lo que no son poco comunes, pero rara vez dan lugar a diferencias observables entre individuos. Pero como era la única fuente de información disponible, comprobaron si la secuencia invertida estaba presente tanto en las rayas espinosas grandes como en las pequeñas. No fue así. Solo las rayas espinosas grandes tenían el segmento de ADN reflejado. Necesitarían investigar más para confirmarlo, pero habían encontrado la respuesta. Y entonces empezó el descorche de las botellas de champán y la alegría festiva.
Descubrir la causa de la diferencia de tamaño es solo el primer paso, afirmó Kneebone. Ahora los investigadores pueden avanzar en el desarrollo de un plan de conservación. El siguiente paso implicará la observación tradicional. Antes del descubrimiento de la inversión genética, era difícil, y en algunos casos imposible, distinguir entre los tipos grandes y pequeños.
"Pudimos identificar a los machos y hembras grandes, porque son más grandes que cualquier otra cosa", dijo Naylor. En la madurez, tanto los machos grandes como los pequeños desarrollan pinzas largas y colgantes a ambos lados de la cola, lo que les da la apariencia general de una cometa con serpentinas. "Así que, cuando tenemos un macho pequeño con grandes pinzas, sabemos que es un adulto. Pero no podemos hacer nada con las hembras pequeñas, porque no sabemos si son solo crías en camino a crecer".
Imagen derecha: Las rayas espinosas maduran lentamente y, a veces, producen solo unos pocos huevos, lo que las hace especialmente vulnerables a la caza excesiva. Foto del Museo de Florida por Kristen Grace.
Esta limitación ha dificultado la investigación sobre la especie, afirmó Kneebone: "La gran pregunta siempre ha sido: '¿Cómo son las historias de vida de ambos morfos?'. Actualmente, no se distinguen en la evaluación de poblaciones, por lo que una raya espinosa es una raya espinosa".
El paso final será averiguar por qué las rayas espinosas siguen disminuyendo en partes de su área de distribución. Afortunadamente, los científicos ya cuentan con algunas pistas importantes. La evidencia actual sugiere que es más difícil que ambos tamaños se crucen en lugares donde su población está en declive que en otros. Es posible que esta barrera natural y parcial a la reproducción se vea agravada por el cambio climático.
Las rayas espinosas están teniendo mayores problemas en el Golfo de Maine, donde las temperaturas superficiales del mar han subido más rápido que el 99% de los océanos del mundo en los últimos años. Esto ha tenido todo tipo de efectos desagradables, como el colapso de la pesca de bacalao en la región.
Queda por ver si el cambio climático es parcialmente responsable de la difícil situación de la raya espinosa y, de ser así, por qué tiene un impacto negativo excesivo en esta especie en comparación con otras rayas que viven en la misma zona. Para determinarlo, Kneebone afirmó que se necesitarán más datos.
"Estamos tratando de utilizar la mejor ciencia disponible para tomar decisiones sobre la mejor manera de gestionar y mantener las poblaciones".
El estudio se publicó en la revista Nature Communications: Short-term evolutionary implications of an introgressed size-determining supergene in a vulnerable population
