Cuando una especie habita en dos tipos distintos de entornos, los individuos con características mejor adaptadas a cada hábitat prosperan y se reproducen, seleccionando naturalmente a sus descendientes con esos rasgos. Pero, ¿qué ocurre con las especies acuáticas móviles que viven en una amplia gama de temperaturas y latitudes? ¿Cómo mantienen sus diferencias genéticas si los individuos son libres de mezclarse y cruzarse?
Una nueva investigación publicada en la revista Science, realizada por científicos de Cornell y la Universidad de Connecticut, revela que las inversiones cromosómicas –que se producen cuando un fragmento de cromosoma que contiene decenas o miles de genes se rompe, gira 180 grados y se vuelve a unir al mismo cromosoma– desempeñan un papel central en la configuración de estas adaptaciones ventajosas.
“Cada inversión cromosómica bloquea un gran conjunto de genes, formando efectivamente un interruptor genético con dos estados (invertido o no invertido). Lo sorprendente es que múltiples ‘interruptores’ pueden combinarse para generar una variación continua y suave, no solo diferencias de encendido o apagado”, explica la profesora asociada de Cornell, Nina Overgaard Therkildsen.
El estudio se centró en el silverside atlántico, una pequeña especie de pez que vive a lo largo de toda la costa atlántica de los Estados Unidos. Este pez ha sido durante mucho tiempo un modelo para los científicos que buscan comprender cómo funcionan la selección natural y la adaptación en el océano. El laboratorio de Therkildsen colaboró con Hannes Baumann, profesor asociado de UConn, y David Conover, profesor emérito de la Universidad de Oregon.
Los investigadores idearon un plan para crear condiciones que no ocurrirían en la naturaleza, según explica Baumann:
“En este caso, cruzamos peces de lugares muy distantes, que normalmente tendrían dificultades para encontrarse en la vida real”, afirma Baumann.
Esto requirió una planificación cuidadosa y más de 48 horas de conducción, en un coche repleto de equipos para capturar y transportar los peces de forma segura a lo largo de cientos de millas a través del denso tráfico de la costa este.
El equipo partió una mañana de mayo y condujo 18 horas desde Avery Point hasta Jekyll Island, Georgia, donde capturó los peces del grupo del sur. Inmediatamente después, comenzaron el viaje de regreso hacia el norte para capturar peces del grupo del norte.
Este fue solo el primer obstáculo al que tuvo que enfrentarse el equipo. Durante los siguientes 10 meses, Baumann y su equipo cruzaron los peces, criaron a sus crías a diferentes temperaturas para imitar las condiciones a lo largo de la costa atlántica y luego volvieron a criar esos peces. Más fácil decirlo que hacerlo, recuerda Baumann, al recordar los muchos meses precarios de laboriosa cría de peces:
“Podrían haber salido mal muchas cosas, pero al final, con suerte, lo logramos”, dice Baumann.
Los investigadores midieron entonces nueve características importantes, como la tasa de crecimiento y el rendimiento de la natación. Los peces fueron luego sometidos a un exhaustivo estudio genético por el laboratorio de Therkildsen.
“El trabajo es asombroso en su complejidad y exhaustividad”, dice Baumann. “Los silversides, como muchas especies, tienen varias inversiones masivas en múltiples cromosomas. La novedad de nuestro estudio es que demostramos que estas inversiones contienen información genética vital para los genes que determinan el crecimiento, el metabolismo, el número de vértebras y el contenido de lípidos”.
Cuando los peces de diferentes regiones se aparean, sus crías heredan una mezcla de genes de ambos padres. Las inversiones cromosómicas, según descubrió el estudio, bloquean grupos de mutaciones genéticas favorables, preservando combinaciones de genes beneficiosas a pesar de la continua mezcla genética dentro de la especie. Sin inversiones, esta mezcla separaría las combinaciones de genes que funcionan bien juntas para sobrevivir en aguas frías o cálidas, produciendo descendencia híbrida mal adaptada a cualquiera de los dos entornos, explica Therkildsen. Estas inversiones cromosómicas fueron más significativas para influir en las tasas de crecimiento y el número de vértebras de los silversides atlánticos.
“Los grandes efectos de las inversiones en los rasgos adaptativos críticos sugieren que desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento de la adaptación local”, afirma Therkildsen. “En términos más amplios, se suele pensar que rasgos como el crecimiento están moldeados por miles de pequeños cambios genéticos. Nuestros resultados sugieren que en esta especie, la selección puede actuar en cambio sobre un pequeño número de potentes interruptores genéticos. Esa diferencia podría determinar la rapidez y la predictibilidad con la que las poblaciones responden a medida que los océanos se calientan y las estaciones cambian”.
La investigación fue apoyada por la National Science Foundation.
