Cómo la evolución se repite a sí misma en patrones de rayas de color

Actualizado 26/10/2018 14:03:04 CET
Peces con bandas de colores ilustran la repetición de procesos evolutivos
CLAUDIUS KRATOCHWIL

   MADRID, 26 Oct. (EUROPA PRESS) -

   Biólogos evolutivos de la Universidad de Constanza han descifrado las bases genéticas de la evolución repetida de los patrones de color en los animales.

   Los hallazgos sobre las franjas de las especies especialmente diversas de los peces cíclidos del este de África explican cómo la evolución puede repetirse a una velocidad récord, como detallan en un artículo sobre el trabajo que se publica este viernes en 'Science'.

   ¿Por qué se repite la evolución? ¿Qué pasa genéticamente durante estas repeticiones? ¿Los mismos y otros genes y mecanismos producen organismos que se ven parecidos? El profesor Axel Meyer y su equipo de la Universidad de Constanza se han acercado más a responder estas preguntas. Estudiaron un patrón de color especial que está omnipresente en todo tipo de animales: las rayas horizontales. Los investigadores pudieron identificar la base de la evolución repetida de estas franjas con métodos modernos en genómica y biología molecular y verificarlo en un pez mutante CRISPR-Cas que agregó una raya.

   Se pueden encontrar más de 1.200 tipos de cíclidos coloridos en los grandes lagos africanos Malawi, Victoria y Tanganjika. No solo son muy diversos en cuanto a colores, sino que también tienen numerosos patrones de colores, como rayas horizontales o verticales. "Pero eso no es todo --explica en un comunicado el líder de la investigación, Axel Meyer--, los cíclidos son excelentes ejemplos de evolución. Son extremadamente diversos en términos de comportamiento social, forma corporal, patrón de color y muchos otros aspectos biológicos, pero al mismo tiempo ciertas características evolucionaron repetidamente de manera independiente en los diferentes lagos".

   Este principio de evolución repetida (que los biólogos denominan evolución convergente) convierte a los cíclidos en el objetivo perfecto para estudiar las bases genéticas de este fenómeno. Si han emergido colores y formas corporales similares en varias líneas evolutivas independientemente entre sí, esto significa que la evolución reaccionó a condiciones ambientales similares de la misma manera. La pregunta ahora es: cuando la evolución se repite, ¿cómo funciona esto genéticamente?

UN GEN RELEVANTE

   Ahora, se han reconstruido en el laboratorio el gen y el mecanismo genético que son responsables de las rayas de los cíclidos que vienen y van en el laboratorio a través de análisis de genoma, reproducción y experimentos, incluyendo CRISPR-Cas como "tijeras genéticas".

   El doctor Claudio Kratochwil, investigador en el equipo del profesor Meyers y primer autor del estudio en 'Science', explica: "En los experimentos de cría podemos determinar exactamente en cuál de los 22 cromosomas, incluso en qué área del cromosoma del pez, se localiza la instrucción genética de las rayas".

   El gen relevante en esta parte del cromosoma se llama agrp2. Este "gen de las rayas", su origen y distribución en otros lagos africanos se describieron en estudios moleculares comparativos. Desde un punto de vista evolutivo, las rayas de los cíclidos son bastante inestables. En el transcurso de unos pocos millones de años, se han perdido y resurgido en los lagos africanos muchas veces.

   Como estas especies (con y sin rayas) son tan jóvenes, pueden ser cruzadas en los acuarios. La reproducción y el examen de los cíclidos con y sin rayas en el laboratorio muestra que todos los cíclidos tienen el "gen de las rayas", pero los interruptores (elementos reguladores) de este gen son diferentes. Este cambio genético hace que el gen en especies sin franjas se active más. Como resultado, se produce una gran cantidad de proteínas. El gen de las rayas agrp2 funciona como un 'inhibidor de franjas': si la producción de genes es alta, las rayas se suprimen; si la producción es baja, se mantendrán.

   Los investigadores pudieron demostrarlo utilizando métodos genéticos modernos. "Si usamos CRISPR-Cas para eliminar el gen del genoma de una especie sin rayas --explica Kratochwil--, entonces incluso un pez "sin rayas" desarrollará rayas repentinamente, como mostramos con un pez mutante mediante CRISPR-Cas. Esto prueba que el gen de las rayas es el factor genético decisivo".

   Los últimos hallazgos sobre este mecanismo genético, la activación o desactivación de las rayas por el "gen de las franjas", se detallan en la edición actual de la revista 'Science'. Curiosamente, el gen agrp2 del cíclido es una copia del gen agouti en los mamíferos, que es responsable de los diferentes colores de pelaje de gatos, perros, caballos y pollitos rayados. "El mundo de los animales podría ser mucho menos colorido sin la familia del gen agouti", reflexiona Claudio Kratochwil.