Los murciélagos que se alimentan de insectos navegan sin esfuerzo en la oscuridad y los delfines y las orcas se tragan 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 transmitensonido del oído al cerebro, según un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Stanford.
Sorprendentemente, estas especies muy diferentes evolucionaron su habilidad única para usar ondas de sonido para navegar e identificar obstáculos y sabrosos bocados, ya sean mosquitos o pececillos, en parte adquiriendo mutaciones idénticas en sus genomas, mutaciones no compartidas por otros, más de cercaespecies relacionadas, como las ballenas jorobadas, que criban pacientemente el océano en busca de krill, o los murciélagos frugívoros, que buscan bocadillos estacionarios y de olor delicioso
El descubrimiento resuelve un debate biológico de larga data sobre si los murciélagos y las ballenas de ecolocación han sufrido independientemente muchos cambios genómicos similares "bajo el capó" para lograr el mismo objetivo. También abre la puerta a comprender más sobre las bases moleculares para los humanosTrastornos tan variados como la sordera, las lesiones cutáneas causadas por el colesterol alto y el mal de altura, dijeron los investigadores.
"No solo es impresionante ver cómo estas especies tan diferentes crearon sus propios nichos evolutivos a través de la adquisición independiente de cambios genéticos similares, es beneficioso para nuestra comprensión de nuestra propia fisiología y desarrollo", dijo Gill Bejerano, PhD, profesor dela biología del desarrollo, la informática, la pediatría y la ciencia de datos biomédicos en Stanford. "Los biólogos del desarrollo se han preguntado durante mucho tiempo si, en el nivel más básico, algo similar en el exterior, como las especies que usan la ecolocalización, son igualesen el interior. Es decir, ¿adquieren estos rasgos a través de cambios moleculares similares? Ahora sabemos que esto no solo es cierto como algunas de las veces, sino que muchos de estos cambios ocurren en la región de codificación del genoma.fascinante."
Bejerano es el autor principal del estudio, que se publicó en línea el 30 de septiembre en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias . El erudito posdoctoral Amir Marcovitz, PhD, y los estudiantes graduados Yatish Turakhia y Heidi Chen comparten la autoría principal.
Aunque el ganglio coclear se ha implicado previamente en la técnica de sonido como GPS conocida como ecolocalización, los estudios anteriores se han basado principalmente en la intuición de los investigadores para identificar posibles jugadores genéticos basados en el conocimiento previo de su función, una especie de observaciónenfoque para sus llaves perdidas debajo de una farola. Estos estudios sugirieron solo unas pocas mutaciones responsables en solo cuatro genes involucrados en la audición.
Tamizar a través de genomas completos
En contraste, los investigadores de Stanford desarrollaron una forma imparcial de examinar secuencias genómicas completas y destacar los cambios genéticos concertados compartidos por animales con habilidades o rasgos inusuales.
Utilizaron la técnica para identificar genes involucrados no solo en la ecolocalización, sino también en otros aspectos críticos para el desarrollo de la piel especializada de mamíferos acuáticos, como manatíes y orcas, o para el aumento de la capacidad pulmonar y la función que disfrutan las elevadas altitudes elevadasanimales como pikas y alpacas.
La técnica desarrollada por los investigadores probablemente abrirá innumerables puertas para los biólogos que buscan identificar los fundamentos genéticos de otros rasgos adaptativos. Los hallazgos también responden a otra pregunta muy debatida en 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", dijo Bejerano. "Estos genes a menudo controlan múltiples funciones en diferentes tejidos en todo el cuerpo,así que parece que sería muy difícil introducir incluso cambios menores. Pero aquí hemos descubierto que estas especies muy diferentes no solo comparten cambios genéticos específicos, sino que también estos cambios ocurren en la codificación de genes ".
Bejerano y sus colegas desarrollaron la técnica mediante la búsqueda de casos en los que los animales que comparten rasgos únicos también compartieron cambios en su ADN que no se encuentran en sus pares más estrechamente relacionados. Para analizar la evolución de la ecolocalización, por ejemplo, compararon la genéticasecuencias de murciélagos ecolocantes con los de megabates que no se ecolocan, y cetáceos dentados como delfines y orcas con mamíferos terrestres de pezuña hendida en el momento del estudio, las secuencias genómicas completas para ballenas no colorantes no estaban disponibles.
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 ecolocantes, diferían del aminoácido encontrado en esa posición en la mayoría de los otros mamíferos. Luego idearon una forma de determinar siEstos cambios ocurrieron con más frecuencia de lo que se esperaría por casualidad en grupos particulares de genes que se predice que tienen funciones similares. Se sabe que existen alrededor de 4,000 grupos de genes que afectan el desarrollo y la función de una gran variedad de tejidos en mamíferos.
Notablemente, los investigadores encontraron que su análisis imparcial se centró en el ganglio coclear como el tejido más afectado entre los mamíferos ecolocantes. En particular, se produjeron 25 cambios de aminoácidos "convergentes" en 18 genes que se sabe que están involucrados en el desarrollo delganglio coclear: solo dos de los 25 cambios se habían identificado previamente en estudios de ecolocación anteriores.
"Sacar el ganglio coclear, un verdadero niño del cartel para el desarrollo de la ecolocación, de un sombrero que contiene más de 4.000 conjuntos de genes posibles, basado solo en la secuencia genómica, fue bastante espectacular", dijo Bejerano.revisando agnósticamente todos estos grupos diferentes para que aumenten, tienes un salto principal sospechoso inmediatamente a la cima "
Cavando más profundamente en los datos
Finalmente, los científicos profundizaron más en los datos para asegurarse de que su herramienta no identificara erróneamente instancias en las que diferentes animales se hubieran delegado, o abandonado ciertos rasgos cuando ya no fueran requeridos por su entorno. Para ello examinaron elsecuencias completas del genoma de diferentes lunares subterráneos que han perdido su visión después de milenios en la oscuridad subterránea.
"Este estudio es un gran ejemplo de lo que podemos lograr cuando combinamos los datos en secuencias del genoma completo de múltiples especies con información funcional sobre genes específicos", dijo Bejerano. "La comunidad biomédica ha estado reuniendo estos dos conjuntos de datos durante muchos años".años, y es maravilloso estar ahora en la confluencia de estos dos campos: identificar las relaciones entre la conservación y la función de los genes y entre el fenotipo y las secuencias de genes. Ahora hemos desarrollado una herramienta que puede detectar millones de posibles coincidencias, y estamosviendo la aparición de algunos patrones hermosos. Hacer esto en otros animales y por otros rasgos va a ser muy divertido ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Medicina de Stanford . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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