Científicos de la Universidad de Stanford han descubierto similitudes genéticas entre las especies que utilizan la ecolocalización.

Sin embargo, las adaptaciones evolutivas como la ecolocalización, que son compartidas por especies no relacionadas, surgieron en parte debido a cambios genéticos idénticos, adquiridos cada uno por su propio camino, según el nuevo estudio.

Los murciélagos que se alimentan de insectos vuelan sin esfuerzo en la oscuridad y los delfines y las orcas capturan a sus presas en aguas turbias gracias en parte a cambios específicos en un conjunto de 18 genes involucrados en el desarrollo del ganglio coclear, un grupo de nervios que transmiten el sonido del oído al cerebro, según este nuevo estudio.

Sorprendentemente, estas especies tan diferentes desarrollaron esta habilidad única para usar ondas sonoras en la navegación e identificacón de obstáculos y presas, ya sean mosquitos o pececillos, adquiriendo mutaciones idénticas en sus genomas, mutaciones que no son compartidas por otras especies más cercanas, como las ballenas jorobadas, que tamizan pacientemente el océano en busca de krill, o los murciélagos frugívoros, que buscan fruta de temporada guiándose por los olores dulces que desprende.

El descubrimiento resuelve un antiguo debate biológico sobre si los murciélagos y las ballenas ecolocalizadoras han sufrido de forma independiente muchos cambios genómicos similares para lograr el mismo objetivo. También abre la puerta para comprender mejor la base molecular de trastornos humanos tan variados como la sordera, las lesiones cutáneas causadas por el colesterol alto y el mal de altura, señalan los investigadores.

«No sólo es impresionante ver cómo estas especies tan diferentes hallaron sus propios nichos evolutivos mediante la adquisición independiente de cambios genéticos similares, sino que también será beneficioso a la larga para la comprensión de nuestra propia fisiología y desarrollo», dice Gill Bejerano, profesora asociada de biología del desarrollo, de informática, de pediatría y de ciencia de datos biomédicos en la Universidad de Stanford.

«Los biólogos del desarrollo se han preguntado durante mucho tiempo si lo que ocurre a nivel aparente -como la capacidad para la ecolocalización- se traduce en cambios a nivel inferior. Es decir, ¿adquieren estos rasgos a través de cambios moleculares similares? Ahora sabemos que esto es totalmente cierto y que muchos de estos cambios ocurren en la misma región de codificación del genoma. Es fascinante.»

Aunque el ganglio coclear ha estado previamente identificado como la herramienta básica en la ecolocalización, los estudios anteriores se han basado principalmente en la intuición de los investigadores basándose en el conocimiento previo de su función. Estos estudios sugerían sólo unas pocas mutaciones en cuatro genes implicados en la audición.

En contraste, los investigadores de Stanford desarrollaron una manera de cribar secuencias genéticas completas y destacar los cambios genéticos compartidos por animales con habilidades o rasgos inusuales.

Ya de paso, utilizaron esta técnica para identificar genes involucrados no sólo en la ecolocalización, sino también otros que son fundamentales para el desarrollo de la piel especializada de mamíferos acuáticos como los manatíes y las orcas, o para el aumento de la capacidad y función pulmonar de los animales de altura como las pikas y las alpacas.

Es probable que la técnica desarrollada por los investigadores abra innumerables puertas a los biólogos que buscan identificar los fundamentos genéticos de otros rasgos adaptativos. Los hallazgos también responden a otra pregunta muy debatida en la biología del desarrollo.

«Durante mucho tiempo, los biólogos se han preguntado si podrían ocurrir cambios evolutivos importantes a través de cambios en las secuencias de genes que son muy similares en especies relacionadas», dice Bejerano.

«Estos genes a menudo controlan múltiples funciones en diferentes tejidos de todo el cuerpo, por lo que parece que sería muy difícil introducir incluso cambios menores. Pero aquí hemos encontrado que no sólo estas especies tan diferentes comparten cambios genéticos específicos, sino también que estos cambios ocurren en las secuencias de codificación».

La ecolocalización y los ganglios cocleares

Bejerano y sus colegas desarrollaron la técnica buscando casos en los que los animales que compartían rasgos únicos también compartían cambios en su ADN que no se encuentran en sus pares más cercanos. Para analizar la evolución de la ecolocalización, por ejemplo, se compararon las secuencias genéticas de los murciélagos ecolocalizadores con las de los megabatáceos que no ecolocalizan, y las de los cetáceos dentados como los delfines y las orcas con los mamíferos terrestres hendidos. (En el momento del estudio, no se disponía de secuencias completas del genoma de las ballenas no ecolocalizadoras).

Los investigadores buscaron casos en los que las secuencias de ADN de los genes cambiaron independientemente para codificar aminoácidos que, aunque idénticos entre las especies ecolocalizadoras, diferían de los aminoácidos encontrados en esa posición en la mayoría de los demás mamíferos.

Luego idearon una forma de determinar si estos cambios ocurrían con más frecuencia de lo que cabría esperar por casualidad en grupos particulares de genes que se predice que tienen funciones similares. Existen alrededor de 4.000 grupos de genes que se sabe que afectan el desarrollo y la función de una gran variedad de tejidos en los mamíferos.

Sorprendentemente, los investigadores encontraron que su análisis imparcial se centró en el ganglio coclear como el tejido más afectado entre los mamíferos ecolocalizadores. En particular, 25 cambios de aminoácidos «convergentes» ocurrieron en 18 genes que se sabe que están involucrados en el desarrollo del ganglio coclear. Sólo 2 de los 25 cambios habían sido identificados previamente en estudios anteriores de ecolocalización.

«Sacar el ganglio coclear -un verdadero ejemplo para el desarrollo de la ecolocalización- de un sombrero que contiene más de 4.000 posibles conjuntos de genes, basado únicamente en la secuencia genómica, fue bastante espectacular», dice Bejerano. «Pasas de controlar  todos estos grupos de un modo impreciso a tener un objetivo bien enfocado sobre el que trabajar.»

Finalmente, los científicos profundizaron más en los datos para asegurarse de que su herramienta no identificaba erróneamente los casos en los que diferentes animales habían  abandonado ciertos rasgos cuando ya no eran requeridos por su entorno. Para ello examinaron las secuencias genómicas de diferentes topos subterráneos que han perdido su visión después de muchos milenios en la oscuridad del subsuelo.