Un equipo de investigadores de la Universidad George Washington ha identificado un gen que determina si la iridiscencia ultravioleta aparece en las alas de las mariposas. En un estudio publicado en Actas de la Academia Nacional de Ciencias, el equipo demostró que la eliminación del gen en las mariposas cuyas alas carecen de coloración UV conduce a parches brillantes de iridiscencia UV en sus alas. Según los investigadores, el gen desempeña un papel fundamental en el proceso evolutivo mediante el cual las especies se diferencian de unaotro.
"Como biólogos evolutivos, estamos interesados en identificar y comprender los genes que impulsan las diferencias físicas entre las especies", dijo Arnaud Martin, profesor asistente de biología en GW y autor principal del artículo. "Aquí mostramos cómo unun solo gen determina si la coloración ultravioleta se activa o desactiva en dos especies de mariposas separadas. Debido a que los rangos geográficos de estas dos especies se superponen hoy en día, esa distinción visual es aún más importante cuando llega el momento de encontrar pareja".
En el estudio, los investigadores observaron dos especies de mariposas de América del Norte: el azufre naranja Colias euritema y el azufre nublado Colias philodice.Las alas de la mariposa de azufre anaranjado macho reflejan la luz ultravioleta, que es invisible a simple vista, mientras que las alas de la mariposa de azufre anaranjado hembra y las mariposas de azufre nublado macho y hembra no muestran coloración UV.
Según los investigadores, las señales visuales, como los patrones y la coloración, incluida la iridiscencia ultravioleta, ayudan a los animales a reconocer su propia especie y localizar parejas potenciales. El apareamiento con la especie equivocada puede ser costoso desde el punto de vista evolutivo y provocar descendencia infértil.Las alas iridiscentes UV ayudan a las hembras de la misma especie a reconocer a los machos como propios.
Las dos especies estaban ecológicamente aisladas una de la otra antes de la era moderna y desarrollaron rasgos distintivos. Pero, a medida que los agricultores de los Estados Unidos intensificaron su cultivo de alfalfa, una fuente de alimento favorita para las mariposas de azufre, las dos especies poblaron la alfalfaLos campos, aumentando las posibilidades de que algunos se apareen entre sí e intercambien genes.La mariposa naranja de azufre en particular, una vez restringida a la mitad occidental de América del Norte, ahora ha colonizado la parte oriental del continente y se ha fusionado con poblaciones de la mariposa de azufre nublado.especies.
En el laboratorio, los investigadores escanearon los genomas de azufres anaranjados y azufres nublados de una población oriental para ver qué genes se fusionaron y cuáles se mantuvieron distintos durante el último siglo de hibridación. Su análisis mostró que las dos especies claramente habían intercambiado y compartido genes, y sus respectivos cromosomas se veían muy similares. La única excepción, sin embargo, fue el cromosoma sexual, que se mantuvo distinto entre las dos especies. Esto sugirió que el cromosoma sexual alberga genes clave que mantienen a las dos especies algo distintas, incluida la coloración UV.
El equipo redujo la parte del cromosoma sexual que causa la iridiscencia UV e identificó un gen llamado bric-a-bracgen -- que, cuando se expresa en las células, da origen a las escamas microscópicas individuales que forman las alas de una mariposa. Los investigadores, sin embargo, notaron que algunas células no expresaban el gen. Estas resultaron ser las células que dan origena las escamas iridiscentes UV en las alas.
"Fue un poco como resolver un Sudoku gigante", dijo Joe Hanly, científico postdoctoral en el laboratorio de Martin y coautor del artículo. "Cuando vimos el resultado, fue emocionante. Justo en frentede nuestros ojos, encontramos un gen que hacía que estas especies se vieran diferentes entre sí".
Usando un microscopio electrónico de alta potencia, el equipo también pudo ver cómo la presencia o ausencia del gen moldeaba la nanoestructura de las escamas y, sospecharon, su capacidad para amplificar la luz ultravioleta. Usando la técnica de edición del genoma CRISPR, cambiarondel gen en las mariposas no iridiscentes. No solo cambió la estructura a nanoescala de las escamas, sino también la apariencia externa de las mariposas.
"Grandes porciones de los cuerpos de las mariposas estaban cubiertas de escamas que reflejaban los rayos ultravioleta, incluidas las mariposas de azufre nublado", dijo Vincent Ficarrotta, estudiante de doctorado en el laboratorio de Martin y coautor del artículo. "Escamas que normalmenteser amarillo o anaranjado, ahora se refleja la luz ultravioleta".
Martin dice que aún hay otras preguntas por responder, como si los cromosomas sexuales albergan otros genes involucrados en la elección de pareja, y el número y la naturaleza exacta de las mutaciones en el bric-a-brac gen que subyace en las diferencias de las especies. Señala, sin embargo, que el estudio de estas dos especies de mariposas ofreció una oportunidad única para ver la evolución en acción.
"Los estudios de especiación a menudo comparan especies que se encuentran en una etapa extremadamente temprana del proceso de separación o que han estado separadas durante tanto tiempo que han acumulado demasiadas diferencias para un análisis genómico significativo", dijo Martin. "Aquí tenemos un par de especies que sonno demasiado idénticos, no demasiado distintos, donde la hibridación ha sido intensa pero tiene menos de un siglo. Es un sistema perfecto para estudiar la especiación".
La Fundación Nacional de Ciencias financió esta investigación.
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Materiales proporcionado por Universidad George Washington. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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