La rana africana con garras no tiene lengua, tiene dedos y dedos largos y curvos que se posan en la parte superior de su cabeza, pero eso no es todo lo extraño. Esta especie de rana también tomó un extraño camino evolutivo para cambiar de ultravioletaa la visión violeta: algunas de sus moléculas de pigmento visual intentaban saltar, pero otras moléculas las cerraron y mantuvieron el proceso en movimiento.
Avances científicos publicó las interacciones moleculares completas involucradas en la vía, como se detalla en un estudio dirigido por Shozo Yokoyama, biólogo de la Universidad de Emory que se especializa en la evolución adaptativa de la visión.
"Es el caso más extraño y sofisticado de evolución de la visión del color que he conocido", dice Yokoyama, quien anteriormente dirigió los esfuerzos para construir el árbol evolutivo más extenso para la visión, incluidas 500 especies de animales, a partir de anguilasa humanos.
"Esta rana tenía estas peculiaridades para un cambio molecular rápido, pero también tenía algo para controlar estas peculiaridades", dice. "De hecho, tenía triple protección".
Cinco clases de genes de opsina codifican pigmentos visuales para luz tenue y visión en color. Los fragmentos de partes de los genes de opsina cambian y la visión se adapta a medida que cambia el entorno de una especie.
La visión ultravioleta UV brinda una visión bicromática y de alto contraste del mundo que puede ser útil para muchos comportamientos básicos. Los ratones, por ejemplo, son principalmente nocturnos y marcan su territorio con orina y heces que reflejan la luz UV paraotros ratones. Desafortunadamente para los ratones, sin embargo, muchos de sus depredadores también son sensibles a los rayos UV, por lo que también pueden detectar estos signos de ratones más fácilmente.
La visión violeta, o la capacidad de ver la luz azul, proporciona una mejor resolución y detalle para los colores en una escena. Entre las posibles razones por las que las ranas evolucionaron de la sensibilidad UV a la violeta pueden haber sido para darles una mejor visión de posibles parejas.también puede haber mejorado su capacidad para elegir depredadores, como una serpiente verde entre hojas verdes.
En investigaciones anteriores sobre la rana con garras africanas, Yokoyama y sus colaboradores habían identificado algunas de las mutaciones genéticas involucradas en el proceso del cambio de la rana de la visión UV a su función actual de visión violeta. También notaron que el sitio de aminoácidos 113 en esteel pigmento de la rana africana con garras había cambiado de ácido glutámico a ácido aspártico.
"De todas las especies en el reino animal que se han estudiado, el sitio 113 está compuesto de ácido glutámico, pero esta rana había cambiado el sitio 113 a ácido aspártico", dice Yokoyama. "¿Por qué hizo eso? Esta preguntafue muy misterioso e interesante para mí. ¿Qué tiene de especial esta rana? "
Yokoyama estudia las moléculas ancestrales para descubrir los secretos de la evolución adaptativa. El largo proceso involucra equipos de colaboradores para primero estimar y sintetizar las proteínas y pigmentos ancestrales de una especie, luego realizar experimentos en ellas. La técnica combina microbiología con computación teórica, biofísica,química cuántica e ingeniería genética.
Para el trabajo actual, él y sus coautores encontraron que 12 mutaciones estaban involucradas en el cambio de visión de la rana. Estos 12 cambios moleculares podrían tener 500 millones de combinaciones posibles de vías que conectan la visión UV ancestral y la visión violeta de la rana.Los investigadores redujeron el problema y se centraron en los cambios en las seis capas de transmembranas donde se encuentran las 12 moléculas en el proceso. Ese enfoque redujo el número de posibles vías evolutivas a 720.
Luego ensamblaron "quimeras" moleculares entre los pigmentos ancestrales y de rana para todas estas vías. Probaron cómo funcionaban las moléculas en todas las diferentes combinaciones, para afinar la vía correcta.
Los resultados mostraron que las mutaciones que ocurrieron en las transmembranas cuatro, cinco y seis ocurrieron temprano durante el proceso evolutivo. No fue sino hasta eones después, sin embargo, que estas mutaciones entraron en juego.
Las mutaciones que ocurren en la transmembrana dos causaron pequeños cambios en el rango del espectro de luz que detectó el pigmento. Sin embargo, las mutaciones que ocurren temprano en la evolución en la transmembrana tres, donde reside el sitio 113, causaron un gran salto en el rango de ondas de luz- de 400 nanómetros a 600 nanómetros.
"El cambio rápido no es conveniente evolutivamente", dice Yokoyama. "De hecho, puede ser un desastre".
Utiliza el ejemplo de salir de una sala de cine oscura en un día soleado y quedar temporalmente cegado hasta que sus ojos se adapten al nuevo entorno.
Tres veces, las moléculas en la transmembrana tres mutaron para causar un gran salto hacia la sensibilidad violeta. La primera vez que sucedió, la transmembrana cinco entró en juego, reduciendo la estructura molecular del pigmento y haciéndolo no funcional.
La segunda vez que la transmembrana tres mutaba, lanzando otro salto, la transmembrana seis saltó a la acción, reduciendo nuevamente la estructura molecular. La tercera vez que la transmembrana tres intentó dar el salto evolutivo, la número cuatro la cerró destruyendo una estructura química crítica deel pigmento
El pigmento de rana esencialmente frenó temprano durante el proceso evolutivo para las mutaciones del ácido glutámico al ácido aspártico en el sitio 113. Solo hacia el final del proceso el pigmento aceptó los cambios en el sitio 113. Para entonces, Yokoyama explica:los cambios en el espectro de luz de la rana ya no fueron un gran salto, sino que solo fueron 15 nanómetros.
"El proceso humano para evolucionar de la visión UV a la violeta fue mucho más simple y directo", dice Yokoyama. "La historia de esta rana está llena de giros y vueltas misteriosos. Una serie de extrañas coincidencias ocurrieron en el momento adecuado"., en el lugar correcto, para la especie correcta "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ciencias de la salud de Emory . Original escrito por Carol Clark. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :