ANN ARBOR, Michigan.— Con chillidos muy agudos, cliqueos y trinos, y un mecanismo auditivo altamente sensible, las ballenas y algunos murciélagos localizan a sus presas emitiendo pulsos de sonido e interpretando los ecos que retornan. A lo largo de la evolución estos dos grupos de animales adquirieron esta capacidad notable de manera independiente, para su uso en ambientes muy diferentes, por lo cual cabría esperar que los medios por los cuales cada uno logra sus resultados fuesen diferentes. Sorprendentemente, es no es lo que ocurre, se un indica un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Michigan.
“Las capacidades de ecolocalización aparentemente diferentes que evolucionaron de manera independiente en las ballenas y en los murciélagos tienen mecanismos moleculares subyacentes similares”,dijo Jianzhi (George) Zhang, profesor de ecología y biología evolucionaria. Esta conclusión trastorna el concepto tradicional de que el fenómeno en la evolución conocido como convergencia ocurre raramente al nivel molecular. La investigación se detalla en un artículo que publicará la edición del 26 de enero de la revista Current Biology. (Un artículo separado presentado por otro grupo de investigadores, y publicado en la misma edición de la revista, da cuenta de resultados similares).
En rasgos tales como la apariencia y el comportamiento, la convergencia –esto es la adquisición de estructuras o capacidades similares en linajes diferentes- es una curiosidad biológica bien conocida. Los pájaros y los murciélagos, por separado, desarrollaron alas y la capacidad para volar, por ejemplo; los elefantes y las morsas desarrollaron largos colmillos. Pero dado que pueden construirse estructuras similares a partir de diseños diferentes, es raro que estas similitudes superficiales compartan similitudes moleculares.
La nueva investigación observó un gen que codifica para una proteína llamada prestina, la cual desempeña un papel importante en la audición ya que amplifica los sonidos de frecuencias particulares. Una investigación anterior llevada a cabo por otro grupo había revelado similitudes sorprendentes en la prestina de dos grupos distintos de murciélagos que se orientan por los ecos. Intrigado por esos resultados Zhang emprendió la identificación de los cambios genéticos específicos que habían ocurrido a lo largo de la evolución para hacer tan similares los genes de audición de dos linajes tan diferentes.
“También tenía curiosidad acerca de las ballenas dentadas, que usan asimismo la ecolocalización”, dijo Zhang. Ël y sus colegas revisaron las bases de dato disponibles al público acerca de las secuencias del gen prestina y encontraron datos relacionados con 25 especies de mamíferos, incluidos el cerdo, la vaca, el perro, el gato, el ratón, 10 murciélagos que ecolocalizan y tres murciélagos que no se orientan por el eco,, pero sólo una ballena dentada. Afortunadamente, Zhang tenía a su disposición ácido desoxirribonucleico de un delfín de nariz botella (un tipo de ballena dentada) que quedó de un proyecto anterior, de forma que su laboratorio usó ese material para obtener una secuencia del gene de prestina del delfín.
Luego los investigadores construyeron un árbol evolucionario, considerando solo las secuencias de prestina de las 25 especies, no sus genomas enteros. En tales árboles, la distancia entre las especies indica su similitud, y las especies más similares se agrupan en ramas, mientras que las especies más diferentes quedan muy separadas. En el árbol de la prestina el delfín quedó agrupado cerca de los murciélagos en lugar de cerca de sus primos de evolución correctos.
“Fue sorprendente”, dijo Zhang. Después que descartó todas las otras posibilidades, Zhang concluyó que la convergencia al nivel molecular era la explicación de las similitudes entre la prestina del delfín y la del murciélago.
Para llegar a los cambios específicos de aminoácidos involucrados, los investigadores alteraron las secuencias de la prestina quitando sistemáticamente aminoácidos y luego creando nuevos árboles evolucionarios con las secuencias alteradas, y continuaron hasta que los murciélagos y los delfines quedaron agrupados con sus semejantes en lugar de quedar juntos entre sí. Los resultados indican que los mismos cambios en los aminoácidos de los murciélagos y del delfín llevaron a su ubicación desplazada en el árbol de la prestina.
En una verificación adicional los investigadores usaron el árbol evolucionario correcto para inferir las secuencias de la prestina de varios ancestros de mamíferos; luego desarrollaron el mapa de las diferencias entre las secuencias ancestrales y las secuencias de la prestina de los murciélagos y delfines del presente.
“Mediante este método también encontramos que comparten algunos de los mismos cambios”, dijo Zhang. La similitud no es coincidencia, cree este científico. Aparentemente ocurrió debido a la operación de la selección natural en la prestina.
La prestina se encuentra en las células ciliadas exteriores de la cóclea, la cual actúa como un amplificador en el oído interior. La amplificación ocurre mediante el proceso de electromotilidad -la conversión de señales eléctricas en movimiento, en este caso- que cambia en la longitud de las células ciliadas en respuesta a ciertas frecuencias del sonido. Solo los sonidos de ciertas frecuencias son amplificados, y la prestina tienen la tarea importante de detectar y de seleccionar para amplificación los sonidos de alta frecuencia.
“Pensamos que hay formas limitadas en las cuales la prestina puede adquirir tal capacidad”, dijo Zhang. En consecuencia la selección para un mejoramiento de esta capacidad seguiría la misma senda evolucionaria en linajes diferentes de mamíferos que ecolocalizan.
La función de la prestina puede estudiarse con más detalle usando un ratón adaptado, en el cual las versiones sistemáticamente modificadas de un gen se sustituyen por el original para encontrar cuántos cambios específicos de de aminoácidos –como los que ocurren a lo largo de la evolución- se relacionan con la función de una proteína.
“Yo no estudio la genética de los ratones pero espero que quienes la estudian harán avanzar el estudio de este aspecto de la ecolocalización”, dijo Zhang. La secuencia de la prestina de otras ballenas que usan la ecolocalización y las que no la emplean ayudará, asimismo, a identificar los cambios de aminoácidos que son cruciales para la ecolocalización.
Los otros autores del artículo junto con Zhang son el académico visitante en la UM Ying Li, y Zheng Liu y Peng Shi de la Academia China de Ciencias. La investigación tuvo el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud.
Por más información:
Contacto (español):
Vivianne Schnitzer
Teléfono: 1-734-763-0368
Contacto (inglés):
Nancy Ross-Flanigan
Teléfono: (734) 647-1853
