Descubren una misteriosa diferencia en el ADN de poblaciones de grandes tiburones blancos
Los tiburones blancos (Carcharodon carcharias) casi desaparecieron durante la última edad de hielo, cuando los niveles del mar eran mucho más bajos que hoy y los tiburones tuvieron que sobrevivir con menos espacio.
La ola de frío más reciente terminó hace unos 10.000 años, y el planeta se ha ido calentando gradualmente desde entonces. A medida que las temperaturas subían, los glaciares se derretían y el nivel del mar subía, lo cual fue una buena noticia para los tiburones blancos.
Los resultados de un estudio muestran que los tiburones blancos se habían reducido a una única población bien mezclada en algún lugar del sur del océano Indopacífico. Los tiburones blancos comenzaron a divergir genéticamente hace unos 7.000 años, lo que sugiere que para entonces se habían dividido en dos o más poblaciones aisladas.
Esta información es nueva, pero no es particularmente sorprendente. Nunca hay muchos tiburones blancos, ni siquiera en las mejores épocas, como corresponde a su posición en la cima de la cadena alimentaria, donde la falta de espacio limita su número.
En la actualidad existen tres poblaciones de tiburón blanco genéticamente distintas: una en el hemisferio sur, alrededor de Australia y Sudáfrica, otra en el Atlántico norte y otra en el Pacífico norte. Aunque está muy extendida, la población de tiburones blancos sigue siendo baja.
"Probablemente existan unos 20.000 individuos a nivel global", afirmó Gavin Naylor, coautor del estudio y director del Programa de Investigación de Tiburones de Florida en el Museo de Historia Natural de Florida. "Hay más moscas de la fruta en una ciudad que tiburones blancos en todo el mundo".
Los organismos con poblaciones pequeñas pueden verse peligrosamente al borde de la extinción en tiempos difíciles. Glaciares de una milla de altura se extendían desde los polos y retenían tanta agua que, hace 25.000 años, el nivel del mar había descendido unos 40 metros (131 pies), eliminando su hábitat y confinando a los tiburones blancos a un corral oceánico.
Pero algo les ocurrió a los tiburones blancos durante su gran regreso que sigue siendo un misterio tan grande ahora como lo fue cuando se descubrió por primera vez hace más de 20 años. La motivación principal de este estudio fue ofrecer una explicación definitiva, pero a pesar de utilizar uno de los conjuntos de datos genéticos más extensos sobre tiburones blancos jamás recopilados, las cosas no salieron según lo previsto.
"La respuesta científica honesta es que no tenemos ni idea", afirmó Naylor.
Las hembras de tiburón blanco se alejan durante años para alimentarse, pero regresan a casa para reproducirse
Los científicos vislumbraron algo extraño por primera vez en 2001, cuando un equipo de investigación publicó un artículo que comenzaba con la frase: "…la información sobre… el tiburón blanco ha sido difícil de obtener, sobre todo debido a su rareza y enorme tamaño".
Imagen: Ilustración temprana de un gran tiburón blanco realizada en el siglo XIX. Imagen de "Histoire Naturelle, Générale et Particulière des Poissons" (1876)
Los autores de ese estudio compararon muestras genéticas de docenas de tiburones en Australia, Nueva Zelanda y Sudáfrica. Descubrieron que, si bien el ADN producido y almacenado en los núcleos celulares era prácticamente el mismo entre los individuos, el ADN mitocondrial de los tiburones de Sudáfrica era claramente diferente al de los de Australia y Nueva Zelanda.
La explicación, aparentemente obvia, era que los tiburones blancos tienden a permanecer juntos y rara vez incursionan en grupos vecinos. Con el tiempo, se habrían acumulado en cada grupo mutaciones genéticas únicas, lo que, de prolongarse lo suficiente, daría lugar a la formación de nuevas especies.
Esto explicaría las diferencias observadas en su ADN mitocondrial, pero no por qué el ADN nuclear era prácticamente idéntico entre las tres poblaciones. Para explicarlo, los autores sugirieron que los tiburones machos viajaban grandes distancias durante todo el año, pero las hembras nunca viajaban lejos o, si lo hacían, la mayoría de las veces regresaban al mismo lugar durante la temporada de reproducción, un tipo de patrón migratorio llamado filopatría.
Esta idea se basaba en que el ADN nuclear y el mitocondrial no se heredan en igual proporción en plantas y animales. El ADN del núcleo se transmite de ambos progenitores a sus descendientes, pero solo uno —generalmente la hembra— aporta mitocondrias a la siguiente generación. Esto es un vestigio de los días en que las mitocondrias eran bacterias que vivían libremente, antes de que fueran engullidas sin contemplaciones y reutilizadas por el ancestro de los eucariotas.
Esta fue una buena suposición, con la ventaja adicional de que posteriormente resultó ser mayormente precisa. Los tiburones blancos, tanto machos como hembras, recorren grandes distancias en busca de alimento durante todo el año, y las hembras regresan constantemente antes de la época de apareamiento.
Por lo tanto, el ADN nuclear de los grandes tiburones blancos debería tener menos variación, porque los machos itinerantes van mezclando cosas, mientras que el ADN mitocondrial en diferentes poblaciones debería ser distinto porque las hembras filopátricas garantizan que todas las diferencias únicas permanezcan en un solo lugar.
Imagen derecha: Sólo hay unos pocos miles de grandes tiburones blancos en los océanos del mundo en un momento dado, lo que los coloca en mayor riesgo de extinción si las condiciones ambientales se descontrolan. Fotografía de Greg Skomal
Esta ha sido la explicación predilecta durante las últimas dos décadas, una que parecía encajar a la perfección. Solo que nadie se molestó en ponérsela para comprobar su tamaño.
Esto se debe principalmente a que los datos necesarios para hacerlo fueron difíciles de obtener por las mismas razones mencionadas en el estudio de 2001: no hay muchos grandes tiburones blancos, y cuando los investigadores logran encontrar uno, tomar una muestra de ADN sin perder ningún apéndice en el proceso puede ser un asunto complicado.
La migración de tiburones no puede explicar la discordancia nuclear y mitocondrial, entonces, ¿Qué podría hacerlo?
Naylor y sus colegas comenzaron a recopilar los datos necesarios en 2012. "Quería establecer un genoma nuclear del tiburón blanco para explorar sus propiedades moleculares", dijo. "Los tiburones blancos tienen atributos muy peculiares, y teníamos unas 40 o 50 muestras que pensé que podríamos usar para diseñar sondas que analizaran la estructura de su población".
Durante los años siguientes, también secuenciaron el ADN de unos 150 genomas mitocondriales de tiburón blanco, que son más pequeños y menos costosos de ensamblar que sus homólogos nucleares. Las muestras procedían de todo el mundo, incluidos los océanos Atlántico, Pacífico e Índico.
Cuando compararon los dos tipos de ADN, encontraron el mismo patrón que el descubierto en 2001. A nivel poblacional, los tiburones blancos del Atlántico Norte rara vez se mezclaron con los del Atlántico Sur. Lo mismo ocurrió con los tiburones de los océanos Pacífico e Índico. A nivel molecular, el ADN nuclear de todos los tiburones blancos se mantuvo bastante constante, mientras que el ADN mitocondrial mostró una sorprendente variación.
Los investigadores conocían la teoría filopátrica y realizaron algunas pruebas para comprobar su validez, primero analizando específicamente el ADN nuclear. Si el acto de regresar al mismo lugar para aparearse realmente fuera la causa de los extraños patrones mitocondriales, alguna pequeña señal de ello también debería aparecer en el ADN nuclear, del cual las hembras aportan la mitad a su descendencia.
"Pero eso no se reflejó en absoluto en los datos nucleares", dijo Naylor.
A continuación, idearon una sofisticada prueba para los genomas mitocondriales. Para ello, primero tuvieron que reconstruir la historia evolutiva reciente de los tiburones blancos, y así descubrieron la única población austral a la que se habían reducido durante la última glaciación.
Imagen derecha: Las focas son un alimento básico en la dieta de los tiburones blancos. Fotografía de Greg Skomal
"Eran muy escasos cuando el nivel del mar era más bajo. Luego, la población aumentó y se desplazó hacia el norte a medida que el hielo se derretía. Sospechamos que permanecieron en esas aguas septentrionales porque encontraron una fuente confiable de alimento", dijo Naylor. En concreto, se encontraron con focas, que son un alimento básico de los tiburones blancos y una de las principales razones por las que tienen una fidelidad tan fuerte a lugares específicos.
"Estos tiburones blancos llegan, se llevan una buena salchicha. Engordan, se reproducen y luego se van a recorrer el océano".
Saber cuándo se separaron los tiburones fue clave, ya que cada grupo habría comenzado a divergir genéticamente del otro en ese momento. Todo lo que tenían que hacer los investigadores era determinar si los 10.000 años transcurridos entre ahora y la última edad de hielo habrían sido tiempo suficiente para que el ADN mitocondrial hubiera acumulado la cantidad de diferencias observadas en los datos si la filopatría fuera la principal culpable.
Realizaron una simulación para encontrar la respuesta, la cual resultó negativa. La filopatría es, sin duda, un patrón de comportamiento entre los tiburones blancos, pero no fue responsable del gran cisma mitocondrial.
Así que Naylor y sus colegas volvieron a la mesa de dibujo para averiguar qué tipo de fuerza evolutiva podría explicar las diferencias.
"Se me ocurrió la idea de que las proporciones de sexos podrían ser diferentes, que solo unas pocas hembras contribuían a las poblaciones de una generación a la siguiente", dijo Naylor. Este tipo de sesgo reproductivo se puede observar en diversos organismos, como suricatas, cíclidos y muchos tipos de insectos sociales.
Pero otra prueba demostró que la desviación reproductiva no se aplicaba a los tiburones blancos.
Existe una tercera opción, aunque menos probable, que los miembros del equipo afirmaron no poder descartar en esta etapa: que la selección natural sea responsable de las diferencias. La razón por la que esto es improbable se debe a la fuerza relativa de las fuerzas evolutivas. La selección natural —la idea de que los organismos más aptos para dejar descendencia serán, de hecho, generalmente los que tengan más descendencia— siempre está activa, pero su efecto es más fuerte en grandes poblaciones. Las poblaciones más pequeñas, por el contrario, son más susceptibles a algo llamado deriva genética, en la que los rasgos aleatorios, incluso los dañinos, tienen una probabilidad mucho mayor de transmitirse a la siguiente generación.
Imagen: Actualmente no está claro por qué los tiburones blancos, que a menudo se aventuran en las profundidades del océano, parecen permanecer en poblaciones discretas, con muy poca mezcla entre ellas. Fotografía de Greg Skomal
Las panteras de Florida, por ejemplo, se encuentran en grave peligro de extinción, con solo unos pocos cientos de ejemplares en libertad. La mayoría presenta una curvatura en la punta de la cola, probablemente heredada de un mismo ancestro. En una población numerosa, sujeta principalmente a la selección natural, este rasgo habría permanecido poco común o habría desaparecido por completo con el tiempo. Pero en una población pequeña, un solo felino con la cola enroscada puede cambiar el mundo por pura casualidad gracias a la deriva genética.
En comparación, la gravedad ejerce una fuerza en todas las escalas de materia y energía, pero es, con mucho, la más débil de las cuatro fuerzas físicas fundamentales. A escala de planetas y estrellas, la gravedad puede mantener unidos los sistemas solares y las galaxias, pero tiene muy poca influencia en la forma o las interacciones de los átomos, que se rigen por las tres fuerzas más fuertes, pero más localizadas, como el electromagnetismo.
Según los resultados del estudio, la deriva genética no puede explicar las diferencias entre las mitocondrias de los grandes tiburones blancos. Al ser un proceso completamente aleatorio, no puede afectar selectivamente a un tipo de ADN y preservar a otro. Si fuera la causa, también se observarían cambios similares en el ADN nuclear.
Esto deja a la selección natural como la única posibilidad alternativa, lo cual parece improbable debido al pequeño tamaño de las poblaciones de tiburones blancos. Si es el agente causal, dijo Naylor, la fuerza selectiva "tendría que ser brutalmente letal".
Si se recoge suficiente masa en un espacio concentrado, digamos del orden de un agujero negro, la fuerza de gravedad, por lo demás benigna, se vuelve lo suficientemente poderosa como para devorar la luz.
Si la selección natural interviene en este caso, se manifestaría de forma igualmente poderosa. Cualquier desviación de la secuencia de ADN mitocondrial más común en una población dada probablemente sería fatal, lo que garantizaría su transmisión a la siguiente generación.
Pero esto dista mucho de ser cierto, y Naylor duda de la validez de tal conclusión. Por ahora, los científicos se quedan con una pregunta abierta que solo podrá resolverse con más estudios.
El estudio se ha publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences: A genomic test of sex-biased dispersal in white sharks
