Biólogos descubren fuente no-genética de variación evolutiva

Una frustración tácita para los biólogos evolutivos en los últimos 100 años, dice Craig Albertson en la Universidad de Massachusetts Amherst, es que la genética sólo puede explicar un pequeño porcentaje de variación en los rasgos físicos de los organismos. Ahora reporta resultados experimentales sobre cómo otro factor, un “comportamiento extraño” que es parte del desarrollo temprano de larvas de peces cíclidos, influye en la variación posterior en sus huesos craneofaciales.

Albertson ha estudiado los peces cíclidos africanos durante 20 años como un sistema modelo para explorar cómo se origina y se mantiene la biodiversidad, con un enfoque en las contribuciones genéticas a las diferencias de especies. En una nueva serie de experimentos con su ex-estudiante de doctorado, Yinan Hu, que ahora es becario postdoctoral en el Boston College, examinó un comportamiento “vigoroso” en los peces larvales que comienza inmediatamente después de las formas cartilaginosas de la mandíbula inferior y antes de que empiece la deposición ósea.

Como explica Albertson: “Predijimos que los peces bebés ejercitan sus músculos mandibulares, lo que debería imponer fuerzas a los huesos a los que se unen, fuerzas que podrían estimular la formación ósea”. Albertson y Hu observaron que la frecuencia con la que los peces abren y cierran la mandibula (fenómeno conocido como gaping), que podría alcanzar hasta 200 por minuto, variaba según las especies “de manera que esas diferencias afectaban la deposición ósea en torno a procesos críticos para la acción de la apertura de la mandíbula”.

Las áreas rosadas son hueso y las áreas azules son cartílagos en este esqueleto de cabeza de un pez larval. Crédito: UMass Amherst

Albertson, que es genetista evolutivo, dice: “Durante más de cien años, se nos ha enseñado que la capacidad de un sistema para evolucionar depende en gran medida de la cantidad de variación genética que existe para un rasgo. Pero resulta que para la mayoría de los rasgos, menos del 50 por ciento de la variación puede ser explicada por la genética”. Añade: “La variación en la forma del cráneo es altamente heredable, así que ¿Por qué encontramos variabilidad genética tan baja, que sólo explica una cantidad muy pequeña de variabilidad en el desarrollo óseo?” En mi laboratorio hemos pasado de elaborar nuestros modelos genéticos a mirar más de cerca la interacción entre la genética y el medio ambiente”.

La epigenética es la rama de biología que estudia cómo el ambiente influye en el desarrollo, en su significado original y más amplio, señala Albertson. Fue un término concebido en la década de 1940 para explicar cualquier cosa no codificada en la secuencia de nucleótidos, pero su definición se ha reducido para referirse a cómo se modifica la estructura tridimensional de la molécula de ADN, señala. “Ese significado es cierto, pero no es el único. Volvemos a la definición original”.

En este sentido, el gaping (la apertura y cierre de la mandíbula) es resultado de “un entorno de desarrollo muy dinámico”, señala Albertson. “Los huesos no se están formando en trozos estáticos de tejido, sino que se están desarrollando como parte de, y tal vez en respuesta a, un sistema altamente complejo y dinámico”. El hecho de que las especies difieran en la tasa de apertura por minuto llevó a los investigadores a probar la idea de que las diferencias en el desarrollo óseo podría explicarse por la variación en este comportamiento. “Realizamos experimentos para ver si podríamos disminuir la velocidad en las especies de rápido crecimiento y acelerar en especies de lenta apertura, y ver si esta manipulación del comportamiento podría influir en el desarrollo óseo de maneras predecibles”.

No sólo funcionaron estos experimentos, sino que la magnitud de la diferencia en la morfología esquelética inducida por estos simples cambios en el comportamiento fue similar a la que se prevé que sea causada por factores genéticos. Albertson dice: “Lo que me parece realmente emocionante es que en 15 años de manipulación de la genética del desarrollo óseo craneofacial logramos comprender hasta un 20 por ciento de la variabilidad, algo realmente modesto. Pero cuando manipulamos la variabilidad del gaping, podemos influir en alrededor del 15 por ciento, que es comparable o casi igual a la respuesta genética”.

El genetista agrega: “Cuando hago charlas, esto es lo que más sorprende a los colegas, que el efecto ambiental está a la par con el efecto genético y que no es sistémico sino muy específico para huesos importantes involucrados en la alimentación de peces”.

Alberston dice que este comportamiento tiene sentido porque “en la naturaleza todo se trata sobre la eficiencia. La sintonización de una respuesta adaptativa a un nicho en particular aumenta las posibilidades de supervivencia. A veces los huesos más largos son mejores, y una manera de conseguirlos es poner en marcha el desarrollo del hueso. Este comportamiento de abrir y cerrar precede a la formación ósea, por lo que puede representar una manera de aumentar dicha eficiencia.

“Este es sólo el comienzo. Nuestro campo se ha arraigado en una visión centrada en el gen como principal fuerza evolutiva durante casi un siglo. Mi esperanza es que este estudio se agregue a un creciente cuerpo de la literatura que muestra que hay otras fuentes importantes de la variación. Espero que podamos ampliar el paradigma para considerar el contexto ambiental donde se desarrolla, porque los efectos son probablemente mayores y más extendidos de lo que podríamos predecir”.

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