El enorme genoma del pez pulmón puede explicar cómo dimos el salto a la tierra

Si eres una especie afortunada, te encontrarás con mutaciones genéticas aleatorias que simplemente te ayudarán a sobrevivir mejor, lo que te permitirá a ti y a tus descendientes conservar y desarrollar los rasgos útiles que codifican. Como ocurre con todo lo relacionado con la suerte, cuantas más oportunidades tenga, más posibilidades tendrá de ganar el premio mayor.

Eso es lo que parece haber sucedido con nuestros ancestros de hace mucho tiempo, los que compartimos con los peces pulmonados que aún viven. Obtuvieron suficientes botes genéticos para permitirles salir del agua y acceder a todo el nuevo mundo terrestre, hace unos 420 millones de años.

Al hacerlo, se convirtieron en los antepasados ​​de todos los animales terrestres con columna vertebral (tetrápodos). Tener un genoma masivo, como el que se encuentra en el pez pulmonado moderno, puede haber ayudado con esto.

Los investigadores acaban de secuenciar todo el genoma de los en peligro Pez pulmonado australiano (Neoceratodus forsteri), que tiene el genoma animal más grande conocido. Es 14 veces el tamaño del nuestro.

Esto requirió nuevas técnicas de secuenciación de ADN y una gran cantidad de poder de cómputo, solo que ahora es técnicamente posible, para juntar la friolera de 43 mil millones de nucleótidos (‘letras’ en el código genético).

“Cuando lo miras desde una perspectiva genómica, [lungfish are] genómicamente a medio camino entre un pez y un vertebrado terrestre “, dijo el biólogo Siegfried Schloissnig del Instituto de Investigación de Patología Molecular (IMP) en Austria. Científico nuevo.

De las seis especies de peces pulmonados que aún viven, cuatro son africanas, una sudamericana y una australiana. Aparecieron por primera vez en el registro fósil hace 400 millones de años.

La especie australiana ha conservado las características más ancestrales y fue clasificada erróneamente como anfibio cuando se descubrió por primera vez, debido a su extraña mezcla de características de peces y tritones, incluidas sus extrañas aletas lobuladas en forma de patas. Estos extraños ‘fósiles vivientes’ intermedios pueden vivir hasta 100 años.

El pez pulmonado australiano todavía parece parecerse mucho a los fósiles de sus especies ancestrales de 100 millones de años (y ahora extintas) que se arrastraron fuera del agua y finalmente engendraron mamíferos, aves, reptiles y anfibios.

Su genoma confirma que este nadador que traga aire es nuestro pariente vivo más cercano, superando al otro contendiente, celacantos – otro grupo de peces con aletas lobuladas.

Entonces, dentro del gigantesco pajar de genes del pez pulmonado australiano hay pistas sobre cómo los animales hicieron la transición de acuáticos a terrestres.

“Esto … requirió una serie de innovaciones evolutivas que incluyen respirar aire, extremidades, postura, prevención de la desecación, excreción de nitrógeno, reproducción y olfato”, dijeron los investigadores. escribir en su papel

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Identificaron los mismos genes responsables de nuestro desarrollo pulmonar embrionario que ya están presentes en el pez pulmonado, al igual que nuestros huesos familiares del cúbito y el radio del brazo, y los genes que los codifican. Los genes que modelan las extremidades de los tetrapodos como hox-c13 y sal1 nunca se habían visto antes en peces.

“Tales novedades podrían haber predispuesto a [lobe-finned fish] para conquistar la tierra demostrando cómo el genoma del pez pulmonado puede contribuir a una mejor comprensión de esta importante transición durante la evolución de los vertebrados “, el equipo escribir.

Los investigadores también encontraron grandes adiciones a los genes del pez pulmonado asociados con el olfato, lo que habría sido un nuevo conjunto de sensores adecuados para el nuevo entorno de sus antepasados. Estos genes codifican receptores de olores transmitidos por el aire, mientras que los grupos de receptores de olores transmitidos por el agua se reducen.

Muchos de los genes sobrantes que engrosan su enorme genoma surgieron a través de secciones copiadas de su ADN. Algunos de los cromosomas individuales del pez pulmonado contienen tantos nucleótidos como nuestro genoma humano completo.

Esta forma de expansión del genoma, a través de copias, es conocida por ser una importante fuerza impulsora de la evolución, con evidencia de que ayuda a proporcionar a los organismos la capacidad de adaptarse rápidamente a un entorno cambiante.

El pez pulmonado australiano es un registro viviente increíble de nuestra evolución, y después de preservar esta historia genética durante tanto tiempo, ahora es amenazado por actividades humanas alterando los hábitats de agua dulce que llama hogar.

El animal caza ranas, gusanos y caracoles, además de masticar plantas en el agua. Por lo general, depende de las branquias para respirar, pero su único pulmón permite que el pez pulmonado salga a la superficie en busca de aire fresco cuando las condiciones secas reducen su entorno acuoso, lo que lo vuelve turbio y estancado.

“No hay duda de que el genoma recién secuenciado revelará más secretos de este extraño vertebrado en el futuro”. dijo La genetista celular de IMP Elly Tanaka.

“No solo puede enseñarnos cosas sobre las adaptaciones a la vida en la tierra, sino que también puede explicar cómo ciertos genomas evolucionan para ser tan grandes”.

Esta investigación fue publicada en Naturaleza.

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