Dos grupos de peces completamente no relacionados han perdido de forma independiente sus glóbulos rojos funcionales, estableciendo que la sangre blanca ha surgido más de una vez en la evolución de los vertebrados.
Este hallazgo revisa la forma en que pueden surgir rasgos extremos de transporte de oxígeno, y demuestra que resultados idénticos no requieren historias genéticas compartidas.
Pérdida paralela de glóbulos rojos
Esta comprensión se agudizó cuando se descubrió que un linaje delgado de pez fideo de aguas cálidas compartía la misma condición de sangre blanca que se asociaba desde hace tiempo únicamente con los peces de hielo de la Antártida.
La evidencia de este paralelismo surgió cuando H. William Detrich, Ph.D., de Northeastern University, documentó que la falta de sangre en los peces de hielo se debe a la pérdida de genes que transportan oxígeno.
Posteriormente, se unió a colaboradores chinos para examinar si la misma pérdida aparecía en otros lugares.
Esas comparaciones a nivel del genoma revelaron que el pez fideo había alcanzado la falta de sangre a través de un patrón diferente de daño genético, en lugar de repetir el camino del pez de hielo.
En conjunto, el resultado estableció un punto final fisiológico compartido moldeado por historias evolutivas separadas.
Esto abre la puerta a una comparación más profunda de cómo fue posible que cada linaje sobreviviera sin glóbulos rojos.
Función de los glóbulos rojos
La mayoría de los peces dependen de los glóbulos rojos porque estas células empaquetan oxígeno en espacios diminutos y lo transportan rápidamente por todo el cuerpo.
Dentro de cada célula, la hemoglobina, una proteína que se une al oxígeno y lo libera, captura el oxígeno en las branquias y lo libera en los tejidos del cuerpo.
Los músculos también utilizan la mioglobina, una proteína que retiene el oxígeno dentro de las células, para que los nadadores puedan seguir funcionando cuando la demanda aumenta.
Cuando los genes desactivan estos pigmentos, los peces deben depender del oxígeno disuelto y de una circulación rediseñada, lo que limita los lugares donde pueden prosperar.
Pérdida de genes en los peces de hielo
En los peces de hielo, bloques enteros de genes de hemoglobina desaparecieron, por lo que los animales dejaron de producir glóbulos rojos a lo largo de millones de años.
El agua fría del Océano Austral contiene más oxígeno disuelto, lo que reduce la presión para empaquetar el oxígeno dentro de las células.
“Esto significa que los peces de hielo de la Antártida pueden depender del oxígeno que está físicamente disuelto en su fluido sanguíneo”, dijo Detrich.
Sin embargo, esa ventaja del agua fría no podía explicar cómo los peces fideo sobrevivían sin glóbulos rojos en hábitats alejados de los mares polares.
Daño genético diferente
Los investigadores secuenciaron 11 especies de peces fideo y rastrearon el daño en sus genes de oxígeno, encontrando un patrón que no coincidía con el presente en los peces de hielo.
En las 12 especies, el equipo encontró el gen de la mioglobina ausente, lo que apunta a una pérdida temprana única en su ancestro común.
En lugar de eliminar los genes de la hemoglobina, cada linaje de pez fideo portaba mutaciones más pequeñas que bloqueaban la producción de proteínas funcionales en los glóbulos rojos.
Esas lesiones no coincidentes produjeron el mismo resultado de sangre blanca, pero dejaron huellas genéticas distintas en los genomas de los peces fideo y de hielo.
Una vida atrapada en la juventud
Los peces fideo asiáticos viven solo un año, y ese rápido reloj los encierra en una forma de neotenia, la adultez con rasgos juveniles aún retenidos.
Los adultos se reproducen cerca del final de ese año, pero permanecen delgados y transparentes, y su sangre nunca se vuelve roja.
Trabajos sobre larvas de peces mostraron que la piel puede suministrar gran parte del oxígeno al principio, antes de que las branquias asuman la carga.
Al mantener la biología juvenil en la edad adulta, los peces fideo hicieron que los glóbulos rojos fueran opcionales, por lo que los genes de oxígeno rotos podían persistir sin matarlos.
Soluciones integradas para la falta de oxígeno
Con menos oxígeno unido a la sangre, ambos grupos de peces compensaron bombeando más líquido y ampliando las redes de vasos sanguíneos pequeños.
El nuevo análisis apuntó a la angiogénesis, el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos, y a los genes de desarrollo del corazón que cambiaron bajo una fuerte selección.
Trabajos anteriores sobre los peces de hielo de la Antártida describieron corazones agrandados y un mayor volumen sanguíneo que ayudaron a suministrar suficiente oxígeno a los tejidos.
Esas mejoras cuestan energía y espacio, lo que ayuda a explicar por qué los peces sin hemoglobina siguen siendo raros y muy restringidos.
El azar importa en la evolución
Los biólogos llaman a esto evolución convergente, rasgos similares que surgen de forma independiente, porque los dos linajes no heredaron la falta de sangre juntos.
El artículo también se basó en la contingencia histórica, eventos fortuitos que dirigen lo que sucede después, para explicar por qué el daño genético parecía tan diferente.
Un posible desencadenante fue un transposón, una secuencia genética que puede moverse, que puede interrumpir los genes en un solo paso.
Una vez que ocurrieron esos accidentes, la selección natural solo pudo trabajar con lo que quedaba, favoreciendo los cuerpos que aún satisfacían la demanda de oxígeno.
Sobreviviendo en aguas más cálidas
El rango del pez fideo asiático se extiende desde el este de Rusia hasta Vietnam, cruzando China, Corea y Japón en aguas costeras y fluviales más cálidas.
“No tienen la ventaja de un entorno frío y rico en oxígeno como el Océano Austral”, dijo Detrich.
Los peces fideo permanecen delgados, a menudo de solo cinco a 25 centímetros de largo, lo que mantiene los tejidos cerca de la sangre.
Ese plan corporal redujo la distancia de viaje del oxígeno, pero los hábitats cálidos pueden transportar menos oxígeno, lo que añade estrés adicional.
Buscando más parientes
El hallazgo del pez fideo sugiere que los investigadores pueden haber pasado por alto a otros vertebrados que silenciosamente eliminaron las proteínas de oxígeno cuando las condiciones lo permitieron.
Los equipos ahora pueden escanear los genomas de los peces en busca de genes de transporte de oxígeno rotos y luego probar cómo se ajustan los corazones, el volumen sanguíneo y el comportamiento.
“Resulta que puede haber más especies de las que pensamos que no dependen de los glóbulos rojos para transportar oxígeno”, dijo Detrich.
Cada nuevo caso agudizaría lo que los biólogos pueden predecir solo con la genética, y lo que aún depende de la historia.
Dónde deja esto a los investigadores
Estos dos grupos de peces alcanzaron el mismo punto final de sangre blanca, pero sus genes e historias de vida mostraron diferentes caminos para llegar allí.
Los investigadores necesitarán trabajo de campo y pruebas de laboratorio para aprender qué compensaciones son más importantes y cuáles fallan.
El estudio se publica en Current Biology.
Créditos de la imagen: Xuhongyi Zhen.
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