Genomas de peces eléctricos revelan cómo se repite la evolución

A lo largo de lo turbio En el fondo del río Amazonas, los peces serpenteantes llamados anguilas eléctricas recorren la penumbra en busca de ranas desprevenidas u otras presas pequeñas. Cuando uno pasa nadando, el pez libera dos pulsos de electricidad de 600 voltios para aturdirlo o matarlo. Esta táctica de caza de alto voltaje es distintiva, pero un puñado de otras especies de peces también usan electricidad: generan y detectan voltajes más débiles cuando navegan a través de aguas turbias y lentas y cuando se comunican con otros de su especie a través de descargas suaves similares al código morse. .

Normalmente, cuando varias especies comparten una habilidad tan inusual como la de generar electricidad es porque están muy emparentadas. Pero los peces eléctricos en los ríos de América del Sur y África abarcan seis grupos taxonómicos distintos, y hay otros tres linajes marinos de peces eléctricos más allá de ellos. Incluso Charles Darwin reflexionó tanto sobre la novedad de sus habilidades eléctricas como sobre la extraña distribución taxonómica y geográfica de ellas en Sobre el Origen de las especiesescribiendo: “Es imposible concebir por qué pasos se han producido estos maravillosos órganos”, no solo una vez, sino repetidamente.

Un artículo reciente publicado en Avances de la ciencia ayuda a desentrañar este misterio evolutivo. “Realmente estamos siguiendo a Darwin, como lo hacen la mayoría de los biólogos”, dijo Harold Zakon, biólogo integrador de la Universidad de Texas, Austin y coautor principal del estudio. Al juntar pistas genómicas, su equipo en Texas y sus colegas de la Universidad Estatal de Michigan descubrieron cómo surgieron varios órganos eléctricos sorprendentemente similares en linajes de peces eléctricos separados por aproximadamente 120 millones de años de evolución y 1,600 millas de océano. Resulta que hay más de una forma de desarrollar un órgano eléctrico, pero la naturaleza tiene algunos trucos favoritos a los que recurrir.

Los peces sudamericanos y africanos que estudia el grupo de Zakon obtienen su zap de órganos eléctricos especializados que se extienden a lo largo de gran parte de su cuerpo. Las células musculares modificadas llamadas electrocitos en los órganos crean gradientes de iones de sodio. Cuando las proteínas de puerta de sodio en las membranas de los electrocitos se abren, esto produce una ráfaga de corriente. “Es la señal más simple que puedas imaginar”, dijo Zakon.

En el músculo, estas señales eléctricas fluyen a través y entre las células para ayudarlas a contraerse para los movimientos, pero en los órganos eléctricos el voltaje se dirige hacia el exterior. La fuerza de cada descarga depende de cuántos electrocitos se disparen a la vez. La mayoría de los peces eléctricos solo disparan unos pocos a la vez, pero debido a que las anguilas eléctricas contienen una cantidad inusualmente alta de celdas eléctricas, pueden liberar voltajes lo suficientemente potentes como para matar presas pequeñas.

En el nuevo trabajo, Zakon, su extécnica de investigación Sarah LaPotin (ahora candidata a doctorado en la Universidad de Utah) y sus otros colegas reconstruyeron un aspecto clave de la evolución de estos órganos eléctricos rastreando la historia genómica de los peces.

Comenzó hace entre 320 y 400 millones de años, cuando el ancestro de todos los peces clasificados como teleósteos sobrevivió a un raro accidente genético que duplicó todo su genoma. Las duplicaciones del genoma completo suelen ser mortales para los vertebrados. Pero debido a que crean copias redundantes de todo en el genoma, las duplicaciones también pueden abrir posibilidades genéticas previamente sin explotar. “De repente, tienes la capacidad de crear una vía completamente nueva, en lugar de un solo gen nuevo”, dijo Gavin Conant, biólogo de sistemas de la Universidad Estatal de Carolina del Norte que no participó en el estudio.

Harold Zakon, biólogo integrador de la Universidad de Texas, Austin, fue uno de los líderes del nuevo estudio de la evolución de los peces eléctricos. “Realmente estamos siguiendo a Darwin, como lo hacen la mayoría de los biólogos”, dijo.Fotografía: Lynne McAnelly/Revista Quanta