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Sobre la evolución rápida en el espinoso

Cambios en la expresión genética explicarían la rápida evolución del pez espinoso.

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El espinoso (Gasterosteus aculeatus) es un pez que ha estado fascinando a los biólogos evolutivos durante bastante tiempo. Los antepasados de este pez vivían en el mar, pero al finalizar la última glaciación, hace unos 10.000 años, sufrieron unos cambios evolutivos rápidos que les permitieron adaptarse al agua dulce y colonizar ríos y lagos en muchas partes del mundo como Alaska, California, Europa y Japón. Parece que incluso esta adaptación se hizo en sólo unas pocas generaciones, algo absolutamente sorprendente. Digamos que el deshielo abrió nuevos nichos ecológicos vacíos que este pez supo aprovechar.
Pero los cambios sufridos en esta adaptación son profundos. El pequeño pez acorazado y con tres espinas prominentes en su espalda pasó a tener una cubierta corporal más ligera, cambió el tamaño de los ojos y cambió la función de los riñones para así soportar las nuevas condiciones de salinidad. Pero las modificaciones también se extendieron a la dentadura, mandíbula, tamaño corporal y coloración entre otros. En suma, se produjeron cambios fisiológicos y de comportamiento profundos difíciles de explicar por una acumulación afortunada de mutaciones en tan corto periodo de tiempo. Además parecer que este tipo de adaptación se realizó en varias ocasiones de forma individual, lo que reduciría aún más la probabilidad de que esos cambios se dieran al azar.
Obviamente debía de haber una explicación científica a este hecho muy alejada de las tesis de los enemigos de la teoría evolutiva. David Kingsley, de la Universidad de Stanford, y sus colaboradores han secuenciado varios genomas de peces de este tipo procedentes de distintas partes del mundo, tanto de ambientes marinos como de agua dulce.

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Comparativa entre el pez de agua dulce (arriba) y el de agua salda (abajo). Fuente: Felicity Jones/ Stanford U.

Resultó que el genoma de los peces de agua dulce y el de sus “antepasados”marinos era prácticamente el mismo. Pero para 147 secuencias de ADN se podían dividir los peces en dos grupos: los de agua dulce y los marinos. Por tanto, esas secuencias serían precisamente las que permitieron a los peces adaptarse al nuevo ambiente. Estas secuencias incluyen, por ejemplo, las responsables del procesado de la sal en los riñones.
Esto sugiere que los peces de agua dulce no desarrollaron evolutivamente estos cambios genéticos desde cero, porque de otro modo las secuencias no serían tan parecidas entre sí. El pez marino debía de retener adaptaciones genéticas al agua dulce de antepasados aún más antiguos que les permitirían colonizar nuevos nichos en un abrir y cerrar de ojos evolutivo.
Además estos investigadores estiman que el 80% de estas adaptaciones provienen de la regulación de genes ya existentes y no de cambios sobre los mismos. Por tanto, en este caso de los peces espinosos, se habrían dado los dos mecanismos, pero el de regulación genética en mayor medida.
Recordemos que no todos los genes del genoma tienen por qué expresarse de la misma manera o necesariamente expresarse. Una capa de información por encima de la típica secuencia genética puede regular la expresión de ciertos genes o no.
Crear genes de la nada una vez éstos han sido eliminados del genoma es muy difícil, pero el mecanismo regulatorio permite conservarlos por si acaso se necesitan en el futuro. Entonces, de una forma muy rápida, pueden volver a expresarse y entrar en actividad. Este mecanismo evolutivo permite unos cambios adaptativos muy rápidos comparados con la acumulación de mutaciones.
En este caso de los peces espinosos parece que ha sucedido precisamente esto. El estudio muestra que la evolución repetitiva se puede dar reusando los mismos mecanismos genéticos una y otra vez.
Se ha observado también el caso de ratones que cambian rápidamente de color de pelaje dependiendo de si el ambiente es un desierto, un bosque o una pradera. Es de esperar que aparezcan más estudios de este tipo.
Este equipo de investigadores planea estudiar en detalle genes específicos en estos peces, su regulación y cómo influyen en su adaptación al ambiente de agua dulce. Kingsley espera encontrar genes claves que controlen el cambio evolutivo que ayuden a conectar el vacío que hay entre alteraciones en las bases de ADN y la aparición de nuevos rasgos en poblaciones naturales.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa. [2]
Artículo original. [3]
Vídeo. [4]
Foto cabecera: Tim Howes/ Stanford U.