ADAPTACIÓN ACUÁTICA

orca cazando un delfin 2

Hoy vamos a hablar de biología, genética y adaptaciones. El artículo que vamos a analizar lo podéis ver en el siguiente enlace, en inglés;

http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/full/ng.2835.html

Estudio publicado en “Nature Genetics” aceptado el 1 noviembre de 2013 (reciente), posterior a su correspondiente revisión.

En él, se tratan de analizar las diferentes adaptaciones (a nivel genético) que se han llevado a cabo en mamíferos acuáticos, como ballenas, permitiendo el paso de la vida terrestre a la acuática. Un paso evolutivo muy significativo y digno de mención. Trataré de trasladar el contenido más significativo del artículo publicado en Internet.

En el estudio (análisis genómico comparativo) se muestra la secuenciación de todo el genoma y el montaje “de novo” del genoma de:

– Ballenas minke (Balaenoptera acutorostrata) (4 muestras si no me equivoco)

p_rorqual_dessin

Un delfín nariz de botella (Tursiops truncatus),

bottlenose-dolphin1

Una ballena de aleta o rorcual común (Balaenoptera physalus) 

Rorcual_común_(Balaenoptera_physalus)

– Y una marsopa sin aleta (Neophocaena phocaenoides).

N phocaenoides_wurtz

El análisis genómico identifica una expansión en el linaje de ballenas, con respecto a las familias de genes asociados con las proteínas de respuesta estrés – oxidación y al metabolismo anaeróbico. Su análisis también identificó mutaciones específicas en ballenas, en los genes que codifican las enzimas antioxidantes y el control de la presión arterial y concentración de sal.

 En general, las secuencias del genoma de ballenas exhiben características distintas que se asocian con los cambios fisiológicos y morfológicos necesarios para la vida en un ambiente acuático. Vamos a por ello;

  • El genoma ballena minke contiene 20.605 genes y 2598 RNA’s no codificantes. Los elementos repetitivos ocupaban un 37’3% del total del genoma. Se construyeron* grupos de genes ortólogos (es decir, secuencias homologas que se han separado por un evento de especiación) utilizando ocho genomas de mamíferos.
  • De este modo. el genoma de ballena minke contiene 12.675 familias de genes ortólogos, compartidos por los cuatro genomas de artiodáctilos (en este caso las vacas y cerdos que se tomaron como “control” de mamífero común terrestre) con exclusión, siendo únicos de las ballenas 9.848.

ng.2835-F1

De estas “familias de genes”, 494 son específicos de la ballena minke, como se puede apreciar en la imagen del artículo. Además una inspección de las familias de genes mostró que los dominios del receptor olfativo – rodopsina y el gusto de los mamíferos estaban remarcablemente menos representado, en el caso del genoma de las ballenas, en comparación con el de la vaca o el cerdo. Así mismo se analizó el genoma para identificar todos los genes de receptores olfativos y encontraron que el número de genes es mucho menor en ballenas, que en otros mamíferos terrestres (lógico tratándose de un medio acuático, no?)

  • Se investigaron los genotipos subyacentes a las adaptaciones marinas del linaje de la ballena mediante el análisis de expansión o contracción de las familias de genes, específica de la especie en cuanto a cambios en aminoácidos y los genes seleccionados positivamente (PSGs). El resultado fue de 1.156 familias de genes expandidas y 2.048 familias de genes contraidas.

ng.2835-F2

En comparación con otros mamíferos no cetáceos, el linaje de ballenas contiene un total de 4.773 genes con cambios de aminoácidos únicos (fijados en las cuatro ballenas minke y 2 delfines nariz de botella) y 574 genes que codifican aminoácidos específicos en el caso de las 4 ballenas minke, exclusivamente.

Por lo que algo tendrán que ver esas regiones expandidas y genes codificadores para su consiguiente adaptación y evolución respecto a otros mamíferos no acuáticos, o que incluso siéndolo no llegan a conseguir inmersiones tan prolongadas como las de las ballenas minke.

Minke_whale_belly_800x450

  • Pues bien; en particular, un número de genes específicos en ballenas fueron fuertemente asociados con la resistencia al estrés. La familia de la Peroxiredoxina (PRDX), que tiene un papel importante en la eliminación de peróxidos y en las señalización “redox” durante el metabolismo, estaban notablemente expandidos , lo que sugiere que hubo un aumento en el número de genes, en el linaje de las ballenas.
  • El nivel de oxígeno ligado a N – acetilglucosamina” en numerosas proteínas nucleocitoplasmaticas se sabe que aumenta, en respuesta a las múltiples formas de estrés celular, como la hipoxia, estrés oxidativo y estrés osmótico. La O- GlcNac transferrasa (OGT), la enzima que puede catalizar la adición de un solo N-acetilglucosamina a un residuo de serina o treonina a través de un enlace O-glucosidico, se amplió en la ballena minke y en el delfín nariz de botella (hasta 3 copias) cuando mamíferos como la vaca o el cerdo disponen únicamente de 1 copia. En la ballena y marsopa también se encontraron expandidos esos genes homólogos OGT.
  • Quizás la adaptación medioambiental más remarcable en el caso de las ballenas son las inmersiones a gran profundidad. En condiciones hipóxicas, se generan ROS (especies reactivas de oxigeno = perjudicial) a través de varios mecanismos celulares. El  glutatión es un antioxidante bien conocido que evita daños en los componentes celulares importantes por afectación de ROS. Siete genes de la ruta de metabolismo de glutatión, mostraron cambios de aminoácidos específicos de cetáceos; estos cambios estaban presentes en 4 ballenas minke, 1 ballena de aleta, 2 delfines nariz botella y 1 marsopa (los ocho genomas).

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El aumento en cuanto a expresión de esos genes, aumenta la capacidad antioxidante de sus células, con respecto a los mamíferos terrestres comparados. Por otra parte, las categorías funcionales, como la actividad antioxidante y la actividad oxidoreductiva se enriquecieron en el genoma de la ballena minke. esto probablemente refleje la adaptación en el aumento de la duración de las inmersiones, ya que estos genes pueden combatir los efectos nocivos de la hipoxia inducida por ROS. Y este me parece quizás, el punto más importante del artículo. En él se abordan ademas la presión osmótica y la haptoglobina que les permiten adaptarse a esas condiciones (me parece demasiada extensión)

El genoma de la ballena minke, es el primero en ser secuenciado, en cuanto a mamíferos marinos de alta-profundidad. De esta manera los genomas de cetáceos apoyan la hipótesis sobre adaptación/resistencia a la hipoxia, el metabolismo en condiciones de oxígeno extremas y alto contenido de sal junto al desarrollo de características morfológicas únicas. En particular, la expansión de los genes relacionados con antioxidantes, variaciones especificas asociadas al glutatión y haptoglobina; son pruebas para la adaptación en condiciones hipóxicas durante el buceo. De manera que estos datos, contribuirán a futuros estudios, de enfermedades de mamíferos marinos, la conservación y la evolución.

Salud2 y hasta la próxima entrega!

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2 Respuestas a “ADAPTACIÓN ACUÁTICA

  1. Hola 1vin, es un artículo interesante y es como tú decías en el debate de hace unos días, algunas adaptaciones se producen aumentando el número de genes, aunque no todo paso evolutivo implica ese aumento o disminución del número absoluto de genes. Te voy a preguntar una cosa: ¿tú crees que todas las adaptaciones que necesitaba un organismo terrestre para pasar al mar, han sido consecuencia de cambios aleatorios sin dirección alguna por parte del mismo entorno?

    Este artículo seguramente solo cita una minoría ínfima de todos los cambios que han experimentado los cetáceos desde que se separaron de los artiodáctilos, por ejemplo no incluye las distintas morfologías, el cambio en las extremidades para formar aletas, el cambio proporcional de tamaño de algunos órganos, no menciona la mioglobina, solo se menciona de pasada el asombroso sistema de radar del que disponen los odontocetos (cetáceos con dientes) como los delfines y marsopas, no se dice nada sobre mecanismos de natación, sociabilidad que es muy frecuente en algunos cetáceos, sobretodo con dientes, no se hace referencia al curioso sistema de filtración de las ballenas barbadas, y sus distintos hábitos alimenticios, o la disposición de su tejido adiposo. Y nada sobre sus canciones…

    ¿Crees que todo eso ha surgido mediante cambios aleatorios en origen? Lo que llaman “selección positiva” no podría ser de hecho, una compleja interacción con el ambiente?

    Es muy bueno el artículo porque se mete a estudiar a nivel molecular y ahí ves todavía multiplicada la complejidad de los cambios que hubieron de darse, pero también te empiezas a dar cuenta cómo algunas de las adaptaciones necesariamente habían de darse de forma simultánea para ser factibles.

    Si bien es verdad que ha habido 54 millones de años de evolución, para dar la increíble variedad de cetáceos, lo cierto es que solo 10 millones de años fueron suficientes para originar especies bien adaptadas al agua como el Rhodocetus.

    http://en.wikipedia.org/wiki/Rodhocetus

    un saludo!

    • Hola paramisonenigmas;

      Gracias por comentar la entrada; y sí, está relacionado con el tema que tratamos el pasado día.

      En cuanto a la pregunta; no me gusta hablar en términos de siempre/nunca, y mas en estos casos. Pero no creo que el medio ambiente sea el que dirige necesariamente las adaptaciones, sino los especimeneces en si. Y ese “desarrollo” del espécimen le permite adaptarse, el medio ambiente está ahí y es el espécimen en el que va desarrollando la capacidad de adaptarse a ese medio (la imagen del Rhodocetus es bastante ejemplificadora en este sentido).

      El artículo no abarca, evidentemente, todos los aspectos de la adaptación al medio acuático, lo cual sería más digno casi de un libro! Simplemente aborda los puntos citados en el enlace y estoy contigo en que resulta interesante.

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