Los peces se adaptan a la acidificación de los océanos modificando la expresión génica

triple aleta común

Se encontró una expresión génica más alta en las gónadas de los peces que viven en los respiraderos de CO2

El cambio global impulsado por el ser humano está desafiando a la comunidad científica a comprender cómo podrían adaptarse las especies marinas a las condiciones ambientales pronosticadas en el futuro cercano (por ejemplo, hipoxia, calentamiento de los océanos y acidificación de los océanos).

Los efectos de la absorción de CO2 atmosférico antropogénico por los océanos (es decir, la acidificación de los océanos) se propagan a través de la jerarquía biológica, desde los cambios en los componentes básicos de la vida a nanoescala hasta el organismo, la fisiología y el comportamiento a través de los procesos del ecosistema y sus propiedades.

Para sobrevivir en un reducido entorno de pH, los organismos marinos tienen que ajustar su fisiología, lo que, a nivel molecular, se consigue modificando la expresión de los genes. El estudio de tales cambios en la expresión génica puede ayudar a revelar los mecanismos adaptativos de la vida en las futuras condiciones de acidificación del océano.

Haciendo uso de laboratorios naturales

Hay algunos lugares en este planeta donde la actividad volcánica tiene CO2 burbujeando desde el fondo marino creando condiciones que son similares a las que se predice que ocurrirán en los océanos en un futuro cercano. Estos laboratorios naturales pueden ayudarnos a comprender qué pasará con los organismos marinos en el futuro en un escenario de acidificación de los océanos.

Por lo tanto, investigadores de la División de Investigación para Ecología y Biodiversidad de la Universidad de Hong Kong (HKU) y el Instituto Swire de Ciencias Marinas, junto con investigadores de la Universidad de Adelaide, viajaron a una remota isla volcánica de Nueva Zelanda llamada White Island.

Recogieron muestras de filtraciones de CO2 y ubicaciones cercanas, y analizaron datos moleculares de una especie de pez (el triple aleta común, Forsterygion lapillum) con evidencia ecológica de que se han adaptado con éxito a ambientes acidificados en respiraderos volcánicos de CO2.

Estudiar el mecanismo evolutivo a través de mutaciones de especies

El estudio encontró una expresión génica más alta en las gónadas de los peces que viven en los respiraderos de CO2 con reducido pH que los de los entornos de control con condiciones ambientales de CO2 y pH. La mayoría de esos genes participaron funcionalmente en el mantenimiento de la homeostasis del pH, el aumento del metabolismo y las funciones reguladoras de los procesos biológicos posteriores que revelan importantes procesos que un pez necesita para adaptarse para vivir en un entorno de pH más bajo. Curiosamente, fue principalmente el pez macho con esta expresión distintiva que insinúa las consecuencias reproductivas, ya que los machos brindan el cuidado parental de los nidos.

Al observar la secuencia real de estos genes y su variación genética, los autores encontraron evidencia de un proceso de selección natural a largo plazo. Los cambios genéticos, que llamamos mutaciones, que proporcionan al pez ventajas adaptativas para vivir en un ambiente acidificado, se localizan en secuencias de ADN que regulan la expresión de los genes. Estas mutaciones en las secuencias reguladoras no afectarían la aptitud de los individuos que las portan cuando viven en un entorno de pH ambiental, pero podrían permitir una regulación fisiológica ajustada en un entorno de pH reducido. Tal variación genética permanente en las secuencias reguladoras del ADN podría proporcionar en los peces el potencial de adaptación para la acidificación de los océanos en un futuro cercano.

Además, los autores proponen un mecanismo evolutivo mediante el cual este potencial de adaptación a la acidificación de los océanos podría mantenerse en poblaciones naturales de peces. Las especies de peces tienden a encontrarse en amplios rangos geográficos con diferente pH. Por lo tanto, es probable que de manera similar a lo que sucede en los triples aletas comunes, la variación genética que permite la vida en ambientes de pH ligeramente reducido o variable ya exista en muchas poblaciones de peces.

Las larvas de peces altamente dispersivas contribuyen al flujo de esta variación genética entre las poblaciones de una especie. Por lo tanto, podría esperarse que la variación genética en las secuencias reguladoras de la expresión génica que ajustan de manera eficiente las respuestas fisiológicas al pH reducido proporcionará la materia prima para la selección natural adaptativa en un futuro cercano bajo una creciente acidificación de los océanos.

"Los hallazgos de este estudio implican que una de las cosas más relevantes en términos de la capacidad de las especies marinas para responder a futuros cambios en sus condiciones ambientales es su variación genética actual. Por eso, la evaluación de los niveles de diversidad genética de las diferentes especies marinas es la más importante, y actualmente estamos trabajando en ella", dijo la Dra. Natalia Petit-Marty, primera autora del artículo y becaria postdoctoral en el grupo dirigido por la Dra. Celia Schunter en la División de Investigación para la Ecología y la Biodiversidad y el Instituto Swire de Ciencias Marinas, HKU.

"Somos muy afortunados de poder visitar estos remotos lugares que nos brindan una idea de cómo se verán los océanos en el futuro. Para asegurarnos de que nuestros hallazgos sean aplicables en diferentes ecosistemas marinos, también viajamos a respiraderos de CO2 en arrecifes de coral tropicales en Papúa Nueva Guinea y arrecifes rocosos en el mar Mediterráneo, y continuaremos nuestra investigación sobre el potencial de adaptación de los peces marinos a la acidificación de los océanos", añadió la Dra. Celia Schunter, profesora adjunta de la División de Investigación de Ecología y del Instituto Swire de Ciencias Marinas, HKU.

Los hallazgos se publicaron en la revista de acceso abierto revisada por pares, Evolutionary Applications: Natural CO2 seeps reveal adaptive potential to ocean acidification in fish

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