¿Qué obtienes cuando juntas varias toneladas de placas de acero, cientos de ratones, algunos biólogos evolutivos y moleculares y una pequeña ciudad de Nebraska cerca de la frontera con Dakota del Sur?
¿Creería una de las imágenes más completas de la evolución de los vertebrados?
Dirigido por el Profesor de Biología Organística y Evolutiva y Biología Molecular y Celular Hopi Hoekstra, un equipo de investigadores internacionales realizó un estudio de años de duración en el que cientos de ratones fueron liberados en recintos exteriores masivos y personalizados para rastrear cómo la luzLos ratones de color oscuro sobrevivieron en hábitats de color claro y oscuro.
Los resultados no solo confirmaron la intuición de que los ratones de color claro sobreviven mejor en hábitats de color claro, y viceversa para los ratones de color oscuro, sino que también permitieron a los investigadores determinar una mutación relacionada con la supervivencia, específicamente que afecta la pigmentación, y comprenderexactamente cómo la mutación produjo un nuevo color de pelaje. El estudio se describe en un artículo publicado el 1 de febrero en ciencia .
"Este proyecto lleva muchos años en desarrollo, y parte de su inspiración provino de los estudios experimentales de evolución que la gente ha estado haciendo durante muchos años usando microbios en el laboratorio", dijo Hoekstra. "La idea ha sido quecomienzas con una población particular, la genotipicas y luego le das desafíos ambientales y observas cómo evoluciona la población a través de las generaciones. Luego la genotipizas al final y puedes ver, a nivel genético, qué cambios.
"Estábamos interesados en replicar ese enfoque pero hacerlo en vertebrados y hacerlo en un entorno natural", continuó. "Y dejarlos evolucionar en hábitats que, lo que es más importante, están abiertos a los depredadores, o al menos visualmentecaza, depredadores aviares "
Para hacerlo, el becario posdoctoral Rowan Barrett ahora profesor de la Universidad McGill y sus colegas viajaron a la pequeña ciudad de Valentine, Nebraska, para aprovechar un hábitat natural importante: Sand Hills.
Ya en la década de 1930, dijo Hoekstra, se había observado que los ratones que viven en las colinas de arena, una gran área de dunas de arena contiguas con suelo arenoso y de color claro, son de color más claro que los que viven en los alrededoresáreas con suelo oscuro y arcilloso.
Para comprender qué subyace a esas diferencias, Hoekstra, Barrett y sus colegas idearon un ambicioso plan para construir una serie de ocho recintos, cada uno de 2.500 metros cuadrados, o poco más de medio acre, cuatro en la luz.colinas de arena de color y cuatro en el suelo más oscuro.
Luego "sembraron" cada recinto con 100 ratones, la mitad atrapados de las colinas de arena y la otra mitad atrapados del suelo oscuro circundante, después de marcar cada uno con una pequeña etiqueta RFID incrustada y tomar la punta de sus colas para determinar la genéticasecuenciación. Tres meses después, los investigadores regresaron y se dispusieron a identificar cuál de los ratones sobrevivió.
"La idea era comenzar con la cantidad máxima de variación fenotípica, porque eso nos daría la mayor potencia", dijo Hoekstra. "Para este estudio, preguntamos, de aquellos ratones con los que comenzamos ... cuáles sobrevivieron después¿Tres meses de depredación natural?
"Entonces, lo primero que hicimos fue observar los fenotipos, y preguntamos si el color promedio de un mouse en un recinto cambió con el tiempo", continuó. "Y lo que estaba muy claro era que, en los recintos de luz, elel ratón promedio se volvió más claro y en los recintos oscuros se oscurecieron, por lo que ya pudimos ver que hubo un cambio fenotípico ".
Sin embargo, esa información de fenotipo era solo una parte de la historia; Hoekstra y sus colegas también querían entender si puede haber diferencias genéticas en las poblaciones sobrevivientes.
"Sabíamos que el color del pelaje era heredable, y en base a nuestro trabajo anterior, nos enfocamos en un gen de pigmentación que sabíamos que contribuía a la variación de color en estas poblaciones de Nebraska", dijo. "Secuenciamos los 200,000 pares de bases completos deese gen ... y encontramos un puñado de mutaciones que estaban muy correlacionadas con la supervivencia ".
El equipo decidió enfocarse en uno, un cambio en la codificación de proteínas que resultó en la eliminación de un solo aminoácido de la proteína resultante, que se asoció con un cambio hacia un color de pelaje más claro.
"Eso nos dijo que la mutación estaba asociada con la supervivencia, pero queríamos saber exactamente qué hizo la mutación", dijo Hoekstra. "Trabajamos en colaboración con Jonathan Duke-Cohan en la Facultad de Medicina de Harvard para hacer una serie de análisis bioquímicos paramuestran que esta mutación afectó la propiedad de unión de esta proteína de una manera que conduce a una coloración más clara ".
Hoekstra dijo que otras pruebas con técnicas de edición de genes confirmaron que la mutación por sí sola resultó en ratones de color visiblemente más claro.
"Ese fue un resultado tan satisfactorio, el hecho de que solo se puede mirar un mouse para ver la diferencia", dijo Hoekstra. "Se puede imaginar un escenario donde una mutación causó un cambio de color, pero solo se puede versi lo mides con un instrumento muy preciso, pero aquí fue maravillosamente obvio "
En el futuro, dijo Hoekstra, hay dos caminos principales que deben seguir los investigadores: investigar más a fondo si puede haber otras diferencias genéticas, en genes de pigmento u otros genes, que ayuden a los ratones a existir dentro o fuera de las colinas de arena, y elotro cambio investigativo durante varias generaciones.
"Sí, hay una gran diferencia entre el color del suelo dentro y fuera de las colinas de arena", dijo. "Pero también difieren en la vegetación y otros aspectos ecológicos, por lo que es probable que haya otras diferencias además del color en el nivel de fenotipo quetambién nos gustaría aprovechar. En ese caso, buscar en todo el genoma y preguntar si hay otras regiones del genoma que afecten la condición física será el siguiente paso, así como también mirar a través de las generaciones ".
Sin embargo, en última instancia, Hoekstra dijo que el estudio ofrece una imagen importante y muy completa de cómo funciona la evolución en los mamíferos.
"Lo que me gusta de este estudio es que comienza en el nivel organismal y llega hasta una mutación, y comprende cómo, precisamente, esa mutación conduce a un cambio en el fenotipo y cómo ese cambio conduce a diferencias de supervivencia en elsalvaje ", dijo." Así que creo que esta es una ilustración muy satisfactoria del proceso completo de evolución, desde las consecuencias ecológicas de estos cambios de fenotipo hasta los detalles moleculares ".
Este estudio fue apoyado con fondos del Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Naturales de Canadá, la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza, la Sociedad Geográfica Nacional, el Museo de Zoología Comparada de Harvard y el Instituto Médico Howard Hughes.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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