Los ajustes evolutivos del ADN que regula los genes pueden haber dejado en tierra a algunas aves.
Nuevos análisis genéticos muestran que las mutaciones en el ADN regulador hicieron que las aves ratites perdieran la capacidad de volar hasta en cinco ocasiones distintas a lo largo de su evolución, informan los investigadores en la revista Science del 5 de abril. Las ratites incluyen a los emús, avestruces, kiwis, ñandúes, casuarios, tínamos y las extintas aves moa y elefante. Sólo los tinámicos pueden volar.
El ADN regulador recibe su nombre porque participa en la regulación de cuándo y dónde se activan y desactivan los genes. No contiene instrucciones para fabricar proteínas. Los investigadores han debatido durante mucho tiempo si los grandes cambios evolutivos, como la obtención o la pérdida de un rasgo como el vuelo, se producen sobre todo debido a mutaciones en los genes que fabrican proteínas vinculadas al rasgo, o son el resultado principalmente de ajustes en el más misterioso ADN regulador.
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Descubrir la importancia del ADN regulador en la formación de la evolución podría arrojar luz sobre cómo especies estrechamente relacionadas con los mismos genes, como los chimpancés y los humanos o los moas y los tinamés, pueden desarrollar aspectos y habilidades muy diferentes.
Los científicos han tendido a destacar la importancia de los cambios en la codificación de las proteínas que afectan a la evolución de diversos rasgos en muchos organismos. Los ejemplos son relativamente fáciles de encontrar. Por ejemplo, un estudio anterior sobre los cormoranes de las Galápagos que no vuelan sugirió que las mutaciones en un solo gen encogieron las alas de las aves (SN: 6/11/16, p. 11).
En general, es probable que las mutaciones que alteran las proteínas sean más perjudiciales que los cambios en el ADN regulador y, por tanto, más fáciles de detectar, afirma Camille Berthelot, genetista evolutiva del instituto nacional de investigación médica francés INSERM, en París. Una proteína puede participar en muchos procesos biológicos en todo el cuerpo. «Así que dondequiera que esté esta proteína, habrá consecuencias», dice.
Por el contrario, muchos fragmentos de ADN pueden participar en la regulación de la actividad de un gen, y cada uno de ellos puede funcionar sólo en uno o unos pocos tipos de tejido. Eso reduce el daño que podría tener el cambio de un segmento regulador, haciendo que esos trozos de ADN sean objetivos fáciles para los experimentos de la evolución. Pero, al mismo tiempo, también hace mucho más difícil determinar cuándo el ADN regulador está realmente implicado en los grandes cambios evolutivos, dice la genetista evolutiva Megan Phifer-Rixey de la Universidad de Monmouth en West Long Branch, N.J. Esos trozos de ADN no son todos iguales y pueden haber cambiado mucho de una especie a otra.
El biólogo evolutivo Scott Edwards, de la Universidad de Harvard, y sus colegas resolvieron ese problema descifrando los libros de instrucciones genéticas, o genomas, de 11 especies de aves, ocho de ellas no voladoras. A continuación, los investigadores alinearon esos genomas junto a los ya completados de aves como los avestruces, los cánidos de garganta blanca, los kiwis marrones de la Isla Norte y los pingüinos emperador y Adélie, así como de 25 especies de aves voladoras.
Los investigadores buscaban tramos de ADN regulador que no hubieran cambiado mucho a lo largo de la evolución de las aves, una indicación de que el ADN realiza una función importante. Entre 284.001 tramos de ADN regulador compartidos y relativamente invariables, los investigadores encontraron 2.355 que habían acumulado más mutaciones de lo esperado en las aves ratites, pero no en otros linajes de aves. La plétora de mutaciones indica que esos trozos de ADN regulador evolucionan más rápido que otras partes del genoma y pueden haber perdido sus funciones originales. El seguimiento de cuándo se produjeron las aceleraciones evolutivas llevó a los investigadores a concluir que las ratitas perdieron el vuelo al menos tres veces y posiblemente hasta cinco.
Estos fragmentos de ADN regulador tendían a situarse cerca de los genes implicados en el desarrollo de las extremidades, un indicio de que podrían modificar la actividad de los genes para producir alas más pequeñas. El equipo comprobó la capacidad de uno de estos fragmentos de ADN regulador, denominado potenciador, para activar un gen en el desarrollo de alas de pollo embrionarias. Una versión del potenciador de la lora elegante -que puede volar- activó el gen, pero una versión del mismo potenciador del ñandú no volador no lo hizo. Ese resultado indica que los cambios en ese potenciador inhabilitaron su función de desarrollo de las alas y podrían haber contribuido a la falta de vuelo en los ñandúes, dicen los científicos.
Una hipótesis actual de por qué los ratites, excepto los tinamés, no vuelan es que el ancestro de todas las especies había perdido la capacidad de volar, y los tinamés la recuperaron más tarde. «Simplemente no creemos que eso sea muy plausible», dice Edwards. Más bien, el ancestro de las ratitas probablemente podía volar y los tinamús retuvieron esa capacidad, mientras que las aves emparentadas perdieron la capacidad, sobre todo debido a cambios en el ADN regulador, dice. «Mi corazonada es que es relativamente fácil perder el vuelo», dice.
Además de en el ancestro de las aves, el vuelo ha evolucionado sólo unas pocas veces: en los pterosaurios, en los murciélagos y quizás un par de veces en los insectos, dice Edwards. Las aves han perdido el vuelo en múltiples ocasiones. No se conocen ejemplos de recuperación del vuelo una vez que se ha perdido, dice.
Los investigadores también descubrieron que más de 200 genes codificadores de proteínas evolucionaban -acumulando mutaciones- más rápido de lo esperado en las ratitas no voladoras, pero esos genes tendían a estar relacionados con el metabolismo y no con la contracción de las alas. Esos cambios en la codificación de proteínas no son tan importantes para la pérdida del vuelo como los cambios en el ADN regulador, concluyen los investigadores.
La evidencia no convence a la bióloga evolutiva Luisa Pallares, de la Universidad de Princeton. «Este artículo está jugando a un viejo juego», dice, enfrentando los cambios reguladores del ADN con los que codifican proteínas por su importancia evolutiva. «Personalmente no veo el sentido de hacer eso». Ambos ocurren y pueden ser igualmente importantes en la configuración de la evolución, dice.