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Secuencian el genoma del celacanto, un "fósil viviente"

Un equipo internacional de investigadores ha secuenciado el genoma de un pez relicto, el celacanto, según publican en Nature. Los resultados proporcionan gran cantidad de información sobre los cambios genéticos que acompañaron a los animales acuáticos que se adaptaron al medio terrestre y, por tanto, a una mejor comprensión de la evolución de los tetrápodos

Un grupo de científicos liderados por Chris Amemiya, biológo del Instituto de Investigación Benaroya en Virginia Mason y profesor en la Universidad de Washington (EE UU) publica en el último número de Nature el genoma del celacanto. Su secuenciación se buscaba desde hace tiempo y supone “un hito muy importante”, según Amemiya.

«Hemos demostrado que el genoma del celacanto conserva algunas firmas genómicas que son altamente informativas en relación con ciertas estructuras necesarias para los tetrápodos. Algunas de ellas se han verificado experimentalmente y podemos demostrar que pueden haber estado involucradas en la adquisición evolutiva de estructuras novedosas. Así, el genoma del celacanto ofrece una gran cantidad de información para comprender cómo han evolucionado los vertebrados terrestres», declara a SINC Amemiya.

El análisis de los cambios en el genoma de los vertebrados durante su adaptación a la tierra ha implicado genes clave que pueden haber estado involucrados en las transiciones evolutivas. Estos incluyen los genes que regulan la inmunidad, la excreción de nitrógeno y el desarrollo de aletas, cola, oído, ojos y cerebro.

«Esto es sólo el principio de lo que el celacanto puede enseñarnos acerca de la aparición de los vertebrados terrestres, incluidos los humanos», explica el investigador.

Peces de aletas lobuladas

El estudio del celacanto es fundamental, ya que es uno de los dos únicos grupos de peces de aletas lobuladas vivos que pertenecen a linajes con información sobre cómo evolucionaron los vertebrados terrestres. El otro son los peces pulmonados, que tienen un enorme genoma, por lo que su secuenciación es poco práctica.

Estos dos grupos se colocan genealógicamente entre los peces con aletas radiadas y los tetrápodos —los primeros vertebrados de cuatro extremidades— y sus descendientes, es decir, los anfibios, reptiles, aves y mamíferos vivos y extintos.

Un antepasado de aletas lobuladas sufrió cambios genómicos que acompañaron la transición de la vida en un ambiente acuático hacia la vida en la tierra, por lo que el celacanto es, sin duda un pez, pero los análisis filogenéticos muestran que sus genes se parecen más a los de los tetrápodos que a los peces con aletas radiadas.

Además, los genes del celacanto evolucionan a un ritmo considerablemente más lento que los de los tetrápodos, un hecho que es coincidente con su tasa aparentemente lenta de cambio morfológico.

«Para los biólogos evolutivos, el celacanto es un animal emblemático, tanto como los pinzones de Darwin en las Galápagos», asegura Toby Bradshaw, también profesor de biología de la Universidad de Washington.

Según el investigador, este trabajo de Chris Amemiya y su equipo muestra “una primera mirada para comprender el lugar del celacanto en nuestra historia evolutiva”. Para Gerald Nepom, director del Instituto de Investigación Benaroya, este trabajo supone un libro abierto y disponible para todos aquellos científicos que quieran entender mejor “nuestros complejos orígenes genéticos”.

Referencia bibliográfica: Chris T. Amemiya et al. «The African coelacanth genome provides insights into tetrapod evolution». Nature 496 :311 – 316, 18 de abril de 2013. doi:10.1038/nature12027

Fuente: Sinc. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Un estudio revela que hay una única especie de calamar gigante en el mundo

Hasta la fecha, se habían descrito 21 especies nominales de calamar gigante (Architeuthis) pero ahora, una investigación en profundidad sobre su genética ha revelado que todas pertenecen a la misma especie: Architeuthis dux. En el estudio, que se publica en la revista Proceedings of the Royal Society, participa el español Ángel Guerra del Consejo Superior de Investigaciones Científicas

Ángel Guerra Sierra, profesor de investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en Galicia, es el único científico español que ha participado en un estudio internacional cuyos resultados revelan que hay una única especie de calamar gigante (Architeuthis) en el mundo y que, por tanto, todos pertenecen a la misma especie: Architeuthis dux.

“Se trata de un estudio pionero y de notable relevancia pues hasta la fecha no se había trabajado con biología molecular en estos organismos porque ello conllevaba notables dificultades técnicas. La información obtenida despeja una incógnita clásica y persistente en torno al calamar gigante, según la cual había en el mundo varias especies diferentes de Architeuthis”, destaca Guerra.

Según el experto, los resultados del estudio son «sorprendentes», pues A. dux muestra 20 veces menos variabilidad genética que poblaciones locales de otros calamares, y, además, «se ha demostrado que un calamar gigante de Asturias podría aparearse con otro de Nueva Zelanda, por ejemplo, y tener descendencia fértil. Esto, viendo las diferentes formas geográficas que muestra esta especie, parecía impensable, pero es así: se trata de una especie cosmopolita. Un gran paso adelante”. En la investigación han participado 15 expertos mundiales de cefalópodos de diez instituciones científicas diferentes.

Características de estos gigantes marinos

El calamar gigante es un invertebrado marino emblemático y los avances en las investigaciones sobre la especie son lentos. Hasta 2004 no se le pudo observar en su hábitat natural y hasta este año no se habían grabado las primeras imágenes de un calamar gigante vivo en el océano, hecho conseguido por el zoólogo japonés Tsunemi Kubodera, que también ha participado en este estudio.

“En torno a la especie surgen numerosas preguntas y, para muchas de ellas, todavía no hay respuesta. No solo es necesario indagar en su genética, sino también en su edad, tasa de crecimiento, reproducción y comportamiento, pues ahí encontraremos la clave y podremos romper leyendas. Se ha dicho, por ejemplo, que puede llegar a medir hasta 50 metros y pesar 500 kilos, cuando estudios recientes confirman que el tamaño máximo ronda los 18 metros y ‘únicamente’ 220 Kg de peso. También se pensaba que se trataba de una especie con una actividad lenta, y hace un tiempo se ha observado que desarrolla una actividad depredadora notable”, asegura Guerra.

El estudio que publica la Royal Society rompe, precisamente, con otro de los mitos acerca del calamar gigante: no hay 21 especies nominales y ni tan siquiera 5 ó 3 especies reales distintas en el mundo, sino una única especie con una amplísima distribución geográfica, donde la costa asturiana y gallega ocupan un lugar destacado por la presencia de cañones y fosas submarinas y procesos oceanográficos (los afloramientos) que las hacen muy productivas.

Estudio pormenorizado de la genética del calamar

A grandes rasgos, el estudio consistió en la extracción y análisis del ADN mitocondrial de 43 muestras de tejidos blandos de calamares gigantes. Las muestras se obtuvieron de restos aparecidos en estómagos de cachalotes o de ejemplares que llegaron recién muertos a las costas de Asturias, Galicia, Valencia (España), Florida (USA), Japón, Canadá, Sudáfrica, Australia y Nueva Zelanda.

Los científicos obtuvieron 37 secuencias metagenómicas completas y seis parciales, cuyo análisis reveló que eran muy similares y, comparadas con las de otras especies como el pez espada o la orca, con variaciones genéticas notablemente bajas, aunque parecidas a la que muestra el tiburón peregrino (Cetorhinus maximus) o el cacahole (Physeter macrocephalus), que es el mayor depredador de calamares gigantes.

“Los análisis genéticos sugieren que todos los calamares gigantes de esta especie forman parte de una enorme población, y que, desde una perspectiva geográfica, no hay ninguna barrera que impida su apareamiento. Este resultado es destacable en una especie cuya forma corporal varía de unas regiones del globo a otras y habita en todos los océanos excepto en los polos”, concluye Guerra.

Los investigadores continuarán sus estudios para confirmar estos resultados analizando el ADN del núcleo de las células del calamar gigante, con objeto de estar seguros de que las semejanzas encontradas usando el ADN de las mitocondrias no son resultado de la evolución.

“Si con el ADN nuclear se producen los mismos resultados, se estaría ante un expansión geográfica relativamente reciente de la población de A. dux, la cual podría haber sido originada bien por un descenso importante de sus depredadores o por un aumento del número de presas, y, además, debido a que la capacidad de dispersión de los recién nacidos y juveniles de esta especie es muy elevada, habiéndoles permitido desplazarse aleatoriamente y a largas distancias. Por tanto, quedan todavía una gran cantidad de incógnitas por contestar”, añade Guerra.

Fuente: Sinc. Aportado por Eduardo J. Carletti

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El cambio ambiental activa una evolución rápida

El cambio ambiental puede producir cambios evolutivos en las especies animales en cuestión de generaciones. El estudio dirigido por la Universidad de Leeds, publicado en la revista Ecology Letters, anula la suposición común de que la evolución sólo se produce gradualmente a lo largo de cientos o miles de años

En cambio, los investigadores encontraron cambios significativos de transmisión genética en poblaciones de laboratorio de ácaros del suelo (Acarina, Cryptostigmata) en sólo 15 generaciones, dando lugar a una duplicación de la edad a la que los ácaros alcanzan la edad adulta y grandes cambios en el tamaño de la población. Los resultados tienen implicaciones importantes en áreas como las enfermedades y el control de plagas, la conservación y manejo de la pesca, ya que demuestran que la evolución puede producir cambios, incluso en el corto plazo.

El profesor Tim Benton, de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad de Leeds, dijo: «Esto demuestra que el cambio ecológico a corto plazo y la evolución están completamente entrelazados y no es razonable considerarklas independientes. Encontramos que las poblaciones evolucionan rápidamente en respuesta a los cambios ambientales y el manejo de la población. Esto puede tener consecuencias importantes, tales los rendimientos en reducción de las cosechas o para salvar una población en vías de extinción».

Aunque investigaciones anteriores ha implicado una relación entre los cambios de corto plazo en las características físicas de las especies animales y la evolución, el estudio llevado a cabo por Leeds es el primero que demuestra una relación causal entre la rápida evolución genética y la dinámica de la población animal en un entorno experimental controlado.

Los investigadores trabajaron con ácaros del suelo que fueron recolectados en el medio silvestre y se criaron en 18 tubos de vidrio. Cada semana se retiró el cuarenta por ciento de los ácaros adultos de seis de los tubos de vidrio. Una proporción similar de juveniles fue retirada cada semana en otros seis tubos, mientras que en el tercio restante de los tubos no se llevó a cabo ninguna «recolección».

El autor principal, el Dr. Tom Cameron, miembro postdoctoral de la Facultad de Ciencias Biológicas de Leeds en el momento de la investigación, y ahora en la Universidad de Umeå, Suecia, dijo: «Hemos visto importantes cambios evolutivos relativamente rápido. La edad de madurez de los ácaros en los tubos se duplicó en cerca de 15 generaciones, porque estaban compitiendo de una manera diferente de lo que lo harían en el medio silvestre. La extracción de los adultos les hizo permanecer aún más como juveniles debido a que la genética estaba respondiendo a la elevada probabilidad de morir tan pronto como madurasen. Cuando llegaban a la madurez, eran tan grandes que podrían poner todos sus huevos muy rápidamente».

El cambio inicial del entorno de los ácaros —de la naturaleza al laboratorio— tuvo un efecto desastroso sobre la población, poniendo a los ácaros en camino de la extinción. Sin embargo, en cada población, incluidos los sometidos al retiro de los adultos o juveniles, el camino cambió después de cinco generaciones de evolución y los tamaños de población comenzaron a aumentar.

Los investigadores encontraron que el ambiente del laboratorio estaba seleccionando los ácaros que crecían más lentamente. Bajo las condiciones de competencia de los tubos, los ácaros de crecimiento lento fueron más fértiles al madurar, lo que significa que podían tener más hijos.

El Dr Cameron dijo: «La evolución genética que resultó en una inversión en la producción de huevos a expensas de las tasas de crecimiento individuales condujo al crecimiento demográfico, rescatando a las poblaciones de la extinción. Esto es evolución en acción de rescate y sugiere que la evolución rápida puede ayudar a las poblaciones a responder rápido a un cambio ambiental «.

Las respuestas ecológicas de corto plazo al medio ambiente —por ejemplo, una reducción en el tamaño de los adultos debido a la falta de alimentos— y los cambios evolutivos «prefijados» se separaron colocando a los ácaros en un entorno similar con diferentes tratamientos durante varias generaciones, y viendo si las diferencias persistían.

El profesor Benton dijo: «La idea tradicional es que si pones los animales en un nuevo entorno se mantienen básicamente igual excepto en la forma en que desarrollan cambios debido a variables como la cantidad de comida. Sin embargo, nuestro estudio demuestra que el efecto evolutivo —el cambio en la biología subyacente en respuesta al ambiente— puede ocurrir al mismo tiempo que la respuesta ecológica. Ecología y evolución están entrelazados», dijo.

Diferenciar los cambios evolutivos de las respuestas ecológicas es particularmente importante en áreas como la gestión de la pesca, donde las decisiones humanas pueden dar lugar a cambios importantes en el entorno y la historia vital de una población entera. La talla de los bacalaos maduros en el Mar del Norte es de aproximadamente la mitad de la que tenían hace 50 años, y este cambio ha sido vinculado a un colapso de la población de bacalao, porque los peces adultos de hoy son menos fértiles que sus antepasados.

«El gran debate ha sido sobre si se trata de una respuesta evolutiva a la forma en que se pesca o se trata, por ejemplo, que la cantidad de alimento en el mar tiene un efecto ecológico a corto plazo. Nuestro estudio subraya que la evolución puede ocurrir en un corto plazo de tiempo, e incluso un pequeño 1 a 2 por ciento de cambio evolutivo en la biología subyacente causada por la estrategia de la recolección puede tener graves consecuencias sobre el crecimiento de la población y su rendimiento. No se puede tratar de llevar de vuelta el entorno a lo que era antes y esperar a que todo vuelva a la normalidad «, dijo el profesor Benton.

La investigación fue financiada por el Natural Environment Research Council (NERC) y los investigadores involucrados en la Universidad de Leeds y el profesor Stuart Piertney de la Universidad de Aberdeen de Ciencias Biológicas.

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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