Durante mucho tiempo, las plumas anaranjadas y el cabello rojo se han considerado rasgos evolutivos arriesgados, vinculados a pigmentos que pueden aumentar el estrés celular e, incluso, el riesgo de cáncer en humanos.
Sin embargo, investigaciones recientes sugieren que, bajo ciertas condiciones, el mismo pigmento anaranjado podría, en cambio, ayudar a proteger las células gestionando desafíos dietéticos específicos.
En un estudio controlado realizado en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, biólogos estudiaron a 65 pinzones cebra para probar si la pigmentación en sí misma puede limitar el daño metabólico.
Liderado por el Dr. Ismael Galvan, el equipo utilizó esta diferencia de color inherente para abordar un antiguo enigma evolutivo: por qué un pigmento asociado a costos a largo plazo persiste tan ampliamente.
Mediante la manipulación de la dieta y la producción de pigmentos, el estudio explora si la coloración anaranjada sirve no solo como una señal, sino como una estrategia celular para manejar nutrientes ricos en azufre.
El costo del pigmento anaranjado
Los científicos denominan al pigmento anaranjado feomelanina, un pigmento de color naranja a rojo construido con azufre que colorea el cabello rojo y las plumas de los pinzones.
Sin embargo, la misma biología que colorea el cabello rojo se ha relacionado con un mayor riesgo de melanoma, un patrón que ha desconcertado a los biólogos evolutivos durante décadas.
Si el pigmento solo agregara peligro, la selección natural favorecería generalmente variantes genéticas que dirigieran las células hacia la melanina oscura más segura.
El equipo del Dr. Galvan probó la idea de larga data de que la producción de feomelanina también puede resolver un problema nutricional.
Demasiada cisteína dentro de las células
Las células utilizan la cisteína, un aminoácido sulfurado utilizado para la construcción de proteínas, pero los excesos pueden dañar delicados equilibrios químicos.
En ciertas condiciones, la cisteína se oxida a cistina y puede seguirse la disulfidptosis, una forma de muerte celular impulsada por el estrés por disulfuro.
Debido a que la feomelanina se construye a partir de cisteína, producir más pigmento puede bloquear el exceso de cisteína en una forma estable e inofensiva.
Esta idea es importante en las células pigmentarias, donde la cisteína también alimenta la glutatión, una pequeña molécula que ayuda a neutralizar los productos químicos reactivos.
Un fármaco bloquea el pigmento
Para probar la hipótesis de la cisteína, el grupo de Galván complementó a algunos pájaros y bloqueó la síntesis de pigmentos en otros durante el mismo período.
Cada pájaro tratado bebió agua que contenía aproximadamente 0.013 onzas por galón (0.1 g/L) de cisteína durante un mes.
Algunos machos también recibieron ML349, un fármaco que bloquea la síntesis de feomelanina manteniendo activo un receptor de pigmento.
Después de los tratamientos, los análisis de sangre rastrearon el malondialdehído, un subproducto de la descomposición de grasas durante la oxidación, como un marcador de daño sistémico.
El daño se manifestó en los machos
Entre los machos, bloquear la feomelanina cambió el resultado del suplemento de cisteína en una dirección clara.
Los machos que recibieron cisteína más ML349 tuvieron niveles más altos de malondialdehído en el plasma que los machos que recibieron solo cisteína, una vez que se consideró la capacidad antioxidante.
El análisis se ajustó a la actividad del gen de control antioxidante en melanocitos, las células que producen pigmento en la piel y las plumas, antes de comparar los grupos de tratamiento.
Estos resultados respaldan un mecanismo simple: la producción de pigmento utilizó cisteína adicional, dejando menos subproductos reactivos para dañar las células.
Las hembras carecían de una válvula de seguridad
Las hembras ofrecieron un contraste natural, ya que no depositan feomelanina anaranjada en sus plumas.
Cuando las hembras bebieron agua con cisteína, los niveles de malondialdehído tendieron a aumentar en comparación con los controles que recibieron agua simple.
ML349 no cambió los marcadores sanguíneos de las hembras, lo que se ajusta a su falta de producción de feomelanina en primer lugar.
Sin la vía del pigmento, el exceso de cisteína pareció más una carga que un nutriente útil en estas aves.
Convirtiendo los aminoácidos en plumas
La formación de feomelanina puede reducir la cisteína libre en las células, ya que la construcción del pigmento utiliza el mismo aminoácido.
Dentro de los melanosomas, pequeños paquetes donde se ensambla el pigmento, los melanocitos construyen feomelanina y la mueven a las plumas en crecimiento.
“Estos resultados demuestran que la síntesis de feomelanina evita el daño celular excretando el exceso de cisteína a estructuras queratinosas inertes como las plumas”, dijo Galvan.
La trampa es que otros tejidos pueden no tener esta vía de pigmento, por lo que el manejo de la cisteína puede diferir en todo el cuerpo.
Qué significa esto para los pelirrojos
Para los humanos, el mismo pigmento anaranjado es más familiar en el cabello rojo y la piel muy clara. Un estudio con modelos de ratón de 2012 encontró que la vía de la feomelanina puede aumentar el riesgo de melanoma sin radiación ultravioleta.
Los resultados en los pinzones sugieren que la dieta y el metabolismo podrían moldear ese riesgo al cambiar la cantidad de cisteína que las células pigmentarias necesitan manejar.
Las pruebas en humanos no formaron parte de este trabajo, por lo que aún no se puede determinar qué alimentos elevan los niveles de cisteína en la piel.
El pigmento duplica la protección celular
Si la feomelanina ayuda a manejar el exceso de cisteína, el plumaje anaranjado puede persistir porque resuelve problemas fisiológicos más allá de la señalización o el estilo.
La selección natural puede favorecer los genes relacionados con los pigmentos incluso cuando conllevan costos a largo plazo, siempre que reduzcan el estrés celular diario en ciertas dietas o condiciones ambientales.
Este compromiso podría ayudar a explicar por qué los patrones de color naranja y rojo reaparecen con tanta frecuencia en aves, mamíferos y reptiles.
También complica las narrativas simples sobre la salud en torno a la pigmentación, lo que sugiere que los efectos biológicos de un pigmento pueden depender tanto del entorno y la dieta como de la genética.
En conjunto, el experimento con pinzones liderado por el CSIC vincula la pigmentación anaranjada y la regulación de la cisteína a marcadores medibles de daño celular en la sangre.
A continuación, los investigadores explorarán si la piel humana se basa en una ruta de almacenamiento basada en pigmentos similar. El equipo también investigará si los cambios en la dieta o la enfermedad alteran los niveles de cisteína de manera que cambien el papel protector del pigmento.
El estudio se publica en la revista PNAS Nexus.
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