Cómo los humildes pececitos ayudan a revelar adaptaciones genéticas

Jesse Weber recoge un espinoso con una trampa para peces en la península de Kenai en Alaska. Foto de Matt Chutlos

A primera vista, los espinosos pueden parecer solo peatones. El humilde pez del tamaño de un dedo con unas pocas espinas dorsales pequeñas es una presencia omnipresente en los océanos y las cuencas costeras del hemisferio norte. Pero estas diminutas criaturas también son un tema excelente para investigar la compleja danza de las adaptaciones evolutivas.

nuevo estudio Publicado el 8 de septiembre en Ciencias Destaca la base genética por la cual las poblaciones de espinas que viven en ecosistemas cercanos entre sí desarrollaron una respuesta inmune robusta a la infección por tenia, y cómo algunas poblaciones posteriormente se volvieron tolerantes a los parásitos.

biólogo evolutivo Jess WeberD., profesor de biología integrativa en la Universidad de Wisconsin-Madison y uno de los autores principales del estudio. El pez con púas ha sido durante mucho tiempo una atracción no solo para el Weber, sino también para los biólogos de todo el mundo, tanto que el pez se encuentra entre las especies más estudiadas.

Una vista aérea de un experimento en la península de Kenai en Alaska que examina los cambios en los rasgos del espinoso en respuesta a un nuevo entorno. Fotografía por Andrew Hendry

«Podría decirse que sabemos más sobre ecología y evolución que cualquier otro vertebrado», dice Weber.

Weber dice que esto se debe en parte a que los espinosos abundan en lugares como Europa Occidental, donde los peces han estado involucrados durante mucho tiempo en un estudio biológico. Pero las razones del estatus de estrella de estas especies van más allá de la casualidad.

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“Los espinosos también son muy atractivos”, agrega Webber, y destaca su comportamiento territorial y de cortejo complejo, así como sus diversos colores, formas y tamaños, que varían según el ecosistema específico en el que vives.

Si bien la diversidad del espinoso proporciona un punto de apoyo para comprender por qué los animales desarrollan diferentes rasgos, sus genes aumentan su valor para científicos como Weber. Los peces tienen casi tantos genes como los humanos, pero su material genético está más compacto: el genoma del espinoso es aproximadamente una sexta parte del tamaño del genoma humano.

«Su genoma es increíblemente útil», dice Weber. «Por lo que podemos decir, está mucho más densamente empaquetado. Esto significa que podemos investigar de manera eficiente su diversidad genética, lo que nos permite no solo preguntar: «¿Por qué evolucionan los nuevos rasgos?», sino también: «¿Cómo se programan las adaptaciones en el genoma?

Además de todo esto, el espinoso se adapta bien a la crianza en cautiverio. Una sola hembra puede dar a luz a cientos de crías varias veces en el transcurso de unos pocos meses.

Todos estos rasgos hacen de la espina espina una especie casi excepcionalmente valiosa para estudiar la base genética de muchos tipos de adaptaciones biológicas. Entonces, cuando Webber llegó a UW-Madison en el otoño de 2020 desde la Universidad de Alaska Anchorage, vino con una colonia de peces completa. La colonia vive en tanques y contiene peces de grupos genéticamente distintos que se originan en los diversos lagos y estuarios dispersos por el noroeste de América del Norte.

En su búsqueda por comprender por qué y cómo los peces a veces evolucionan para verse y comportarse de manera muy diferente incluso en sistemas lacustres relativamente cercanos, Weber y sus colegas pueden cruzar estas poblaciones de diferentes maneras y mapear los cambios en sus genomas a lo largo de múltiples generaciones con relativa rapidez.

Gran parte de la carrera científica de Weber hasta este momento se ha centrado en desarrollar herramientas para hacer más eficiente este tipo de trabajo. Más recientemente, Weber ha recurrido al uso de estas herramientas para investigar la coevolución, el proceso por el cual dos especies se adaptan a la existencia de la otra dentro de un hábitat común.

Específicamente, Weber y sus colegas buscaron comprender por qué las tenias en algunos lagos tienen más probabilidades de infectarse con tenias que sus contrapartes en lagos cercanos donde la tenia también está presente.

Estas investigaciones están comenzando a dar sus frutos. Weber y sus colegas de la Universidad de Connecticut y la Universidad de Massachusetts Lowell identificaron recientemente diferencias genéticas clave entre las poblaciones.

Estas diferencias indican que todos los grupos de peces desarrollaron una fuerte respuesta inmune a las tenias cuando se mudaron por primera vez del mar a nuevos hábitats de agua dulce cerca del final de la última Edad de Hielo. Pero la respuesta inmune es costosa en términos de energía y reproducción. También conduce a una gran cantidad de inflamación y cicatrización interna.

El trabajo de Weber y el de sus colegas sugiere que muchas poblaciones eventualmente evolucionaron para evitar estos costos ignorando, o en el lenguaje de los inmunólogos, «continuando» la infección parasitaria. Pero la población tolerante todavía portaba los genes que producen la respuesta inmunitaria contra la tenia.

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Si bien aún no lo han probado, Weber dice que parece que estos equinodermos pueden tener mutaciones en estos «genes relacionados con la fibrosis» que los hacen no funcionales.

Si bien los hallazgos son emocionantes para Weber, ya espera con interés futuras investigaciones que espera cuenten la historia genética de las abundantes adaptaciones de los equinodermos bovinos y, por lo tanto, revelen procesos biológicos que tienen implicaciones para la gran diversidad de vida en la Tierra.

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