Descifrado el genoma del celacanto, un fósil viviente

Un equipo internacional de investigadores ha descifrado el genoma de una criatura cuya historia evolutiva es a la vez enigmática y esclarecedora: el celacanto africano, habitante de cuevas de mar, de 1,5 metros de largo y con aletas como extremidades, que se creía extinguido.

   Un celacanto vivo fue descubierto frente a la costa de África en 1938, y desde entonces, las preguntas sobre estos peces de aspecto antiguo, popularmente conocidos como "fósiles vivientes", han cobraron mucha importancia. Los celacantos de hoy se parecen mucho a los esqueletos fosilizados de sus antepasados de hace más de 300 millones de años, como revela su genoma, que confirma las sospechas de muchos investigadores de que los genes en los celacantos evolucionan más lentamente que en otros organismos.

   "Encontramos que los genes en general están evolucionando significativamente más lento que en todos los otros peces y vertebrados de la tierra", afirmó Jessica Alföldi, científica investigadora en el Instituto Broad y una de las primeras autoras del artículo sobre el genoma del celacanto publicado esta semana en 'Nature'. "Esta es la primera vez que hemos tenido un gen bastante grande para realmente ver eso", agrega.


   Los investigadores presumen que este lento ritmo de cambio puede ser debido a que los celacantos simplemente no han tenido que cambiar: viven principalmente fuera de la costa de África oriental (una especie de celacanto segundo vive en la costa de Indonesia), a las profundidades del océano donde relativamente poco ha cambiado con los milenios.

   "A menudo hablamos de cómo las especies han cambiado con el tiempo --dijo Kerstin Lindblad-Toh, directora científica de Vertebrados del Grupo de Biología del Genoma del Instituto Broad y otra de las autoras principales--. Pero todavía hay unos pocos lugares en la Tierra donde los organismos no tienen que cambiar y este es uno de ellos. Celacantos están probablemente muy especializados para un medio ambiente específico extremo, que no cambia".

   Debido a su parecido con los fósiles que datan de hace millones de años, los celacantos de hoy se conocen a menudo como "fósiles vivientes", un término acuñado por Charles Darwin. Pero el celacanto no es una reliquia del pasado que volvió a la vida: es una especie que ha sobrevivido, que se reproduce, pero ha cambiado muy poco en su apariencia durante millones de años.

   "No es un fósil viviente, es un organismo vivo", dijo Alföldi. "No vivimos en una burbuja temporal, sino que vive en nuestro mundo, que es por eso que es tan fascinante descubrir que sus genes evolucionan más lentamente que la nuestra", agregó.

   El genoma del celacanto también ha permitido a los científicos realizar pruebas para responder a otras preguntas largamente debatidas. Por ejemplo, los celacantos tienen algunas características que parecen extrañamente similares a las observadas sólo en los animales que habitan en la tierra, incluyendo aletas lobuladas, que se asemejan a las extremidades de los animales terrestres de cuatro patas (conocidos como tetrápodos).

   Otro grupo de extraño aspecto de peces conocidos como peces pulmonados posee aletas lobuladas también, lo que sugiere que es probable que una de las especies de peces de aleta lobulada ancestral dio lugar a las primeras criaturas de anfibios de cuatro patas que salen del agua hasta la tierra, pero hasta ahora, los investigadores no han podido determinar cuál de los dos es el más candidato probable.

   Además de la secuenciación del genoma completo del celacanto, de cerca de 3.000 millones de "letras" de ADN, los expertos también analizaron el contenido de ARN del celacanto (tanto de los países de África y de las especies de Indonesia) y de los peces pulmonados, lo que les permitió comparar los genes que se utilizan en el cerebro, los riñones, el hígado, el bazo y el intestino de los peces pulmonados con conjuntos de genes de celacanto y 20 especies de vertebrados. Sus resultados señalan que los tetrápodos están más estrechamente relacionados con los pulmonados que el celacanto.

   Sin embargo, el celacanto es todavía un organismo fundamental a estudiar con el fin de entender lo que se denomina la transición del agua a la tierra. Los peces pulmonados pueden estar más estrechamente relacionados con los animales de la tierra, pero su genoma sigue siendo inescrutable: con 100.000 millones de letras de longitud, el genoma de los peces pulmonados es demasiado difícil de secuenciar, ensamblar y analizar.

   El genoma más modesto en tamaño del celacanto (comparable en longitud al humano) aporta información valiosa sobre los cambios genéticos que pueden haber permitido el florecimiento de los tetrápodos en la tierra. Al observar qué genes se perdieron con la llegada de los vertebrados a la tierra, así como qué elementos reguladores (partes del genoma que regulan dónde, cuándo y en qué grado los genes están activos) se realizaron, los investigadores hicieron varios descubrimientos insólitos.

GENES PARA EL OLOR

   El equipo encontró que muchos cambios regulatorios influenciaron en los genes implicados en la percepción del olor y la detección de los olores en el aire. Así, creen que como las criaturas se trasladaron desde el mar a la tierra, necesitaban nuevos medios de detección de sustancias químicas en el medio ambiente que les rodea.

   Además, los científicos encontraron un número importante inmune relacionados con cambios regulatorios cuando compararon el genoma del celacanto con los genomas de animales en la tierra. Su hipótesis es que estos cambios pueden ser parte de una respuesta a nuevos patógenos encontrados en la tierra.

   Los investigadores detectaron asimismo varias regiones genéticas claves que podrían haber sido "reclutadas evolutivamente" para formar innovaciones como las extremidades de los tetrápodos, dedos de manos y pies, y la placenta de los mamíferos. Una de estas regiones, conocida como HoxD, alberga una secuencia particular que se comparte entre los celacantos y los tetrápodos y es probable que esta secuencia del celacanto se la apropiaron los tetrápodos para ayudar a las manos y los pies a formarse.

   El pez se deshace del nitrógeno excretando amoniaco en el agua, pero los seres humanos y otros animales rápidamente convierten el amoníaco en urea menos tóxica mediante el ciclo de la urea. Los investigadores encontraron que el gen más importante que participa en este ciclo se ha modificado en los tetrápodos.

   "Esto es sólo el comienzo de muchos análisis de lo que el celacanto puede enseñarnos acerca de la aparición de los vertebrados terrestres, incluidos los humanos, y, en combinación con modernos enfoques empíricos, puede dar una visión de los mecanismos que han contribuido a importantes innovaciones evolutivas", dijo Chris Amemiya, miembro del Instituto de Investigación Benaroya y coprimer autor del artículo de Nature.