Los genes «disco» de estas polillas las separan en especies diferentes según la hora del día

Los investigadores buscaba diferencias en la visión del color entre dos polillas estrechamente emparentadas, una de las cuales es activa de noche y la otra de día, en su lugar, encontraron diferencias en la forma en que mantienen su reloj interno

¿Cómo se convierte una especie en dos? Si eres biólogo, es una pregunta complicada. El consenso es que, en la mayoría de los casos, el proceso de especiación se produce cuando los individuos de una misma población quedan geográficamente aislados. Si permanecen separados el tiempo suficiente, pierden la capacidad de cruzarse. Es lo que ocurrió con las aves de las islas galápagos, estudiadas por Darwin, que a partir de un único antecesor se dividieron en especies diferentes para cada isla.

Un nuevo estudio publicado en la revista Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences demuestra lo que ocurre cuando se produce una forma menos común de especiación. En lugar de estar separados por una barrera física, como una cordillera o un océano, los miembros de una especie pueden separarse en el tiempo.

Los investigadores se centraron en dos especies de polillas estrechamente emparentadas y con áreas de distribución coincidentes en el sureste de Estados Unidos.

«Estas dos son muy similares», explica el autor principal, Yash Sondhi, que realizó la investigación para el estudio mientras trabajaba en la Universidad Internacional de Florida y posteriormente en el Museo de Historia Natural de Florida. «Se han diferenciado a lo largo de este eje, que es cuando vuelan».

Las polillas rosadas del arce, del género Dryocampa, se parecen a lo que se obtendría si Roald Dahl pintara algo de un sueño febril. Llevan una espesa melena de león sobre la cabeza y el abdomen, y sus vibrantes escamas son del color del caramelo de fresa y plátano. Tanto los machos como las hembras de la polilla rosada vuelan exclusivamente de noche.

Las polillas rosadas del roble, del género Anisota, son menos llamativas, con sutiles gradaciones de ocre, ámbar y marga. Mientras que las hembras de esta especie son activas al atardecer y a primera hora de la noche, los machos prefieren volar durante el día.

Sondhi sabía por investigaciones anteriores que estos dos grupos, Dryocampa y Anisota, se originaron a partir de una única especie hace aproximadamente 3,8 millones de años, lo que es relativamente reciente en escalas de tiempo evolutivas. Hay un puñado de especies del género Anisota, todas ellas activas durante el día. Las nocturnas polillas rosadas del arce son las únicas especies del género Dryocampa.

Sondhi está especializado en la biología de la visión de los insectos y vio en la pareja de polillas la oportunidad perfecta para explorar cómo evoluciona la visión cuando una especie cambia su patrón de actividad.

Pero las cosas no salieron según lo previsto.

No son los colores, es el rejoj

«Buscaba diferencias en la visión de los colores. En lugar de eso, encontramos diferencias en sus genes reloj, lo que en retrospectiva tiene sentido», explica Sondhi.

Los genes reloj controlan el ritmo circadiano de plantas y animales. El flujo y reflujo de las proteínas que crean hace que las células se activen o se adormezcan en un periodo aproximado de 24 horas. Afectan a todo, desde el metabolismo y el crecimiento celular hasta la presión sanguínea y la temperatura corporal.

Para cualquier organismo que invierta su patrón de actividad, está prácticamente garantizada la participación de los genes del reloj. «Es un sistema que se ha conservado en todo, desde las moscas de la fruta hasta los mamíferos y las plantas. Todos tienen algún tipo de mecanismo de cronometraje», afirma.

Sondhi comparó los transcriptomas de las dos polillas. A diferencia de los genomas, que contienen la totalidad del ADN de un organismo, los transcriptomas sólo contienen el subconjunto de material genético que se utiliza activamente para fabricar proteínas. Esto los hace útiles para explorar las diferencias en los niveles de proteínas a lo largo del día.

Como era de esperar, Sondhi encontró una serie de genes que se expresaban en cantidades diferentes en las dos especies de polillas. Las polillas nocturnas del arce rosado invirtieron más energía en su sentido del olfato, mientras que las polillas diurnas del roble produjeron más genes asociados a la visión.

Sin embargo, no hubo diferencias en los genes que confieren la capacidad de ver el color. Eso no significa necesariamente que su visión del color sea idéntica, pero si existen diferencias, es probable que sean a nivel de sintonización y sensibilidad y no en la estructura de los propios genes.

El gen «disco»

Hubo un gen adicional que destacó. El gen «disconnected», o «disco», se expresaba a diferentes niveles durante el día y la noche en ambas especies. En las moscas de la fruta, se sabe que disco influye indirectamente en los ritmos circadianos a través de la producción de neuronas que transmiten las enzimas del reloj del cerebro al cuerpo.

El gen disco hallado por Sondhi en sus muestras de polillas era el doble de grande que el de la mosca de la fruta y tenía dedos de zinc adicionales, es decir, partes activas de un gen que interactúa directamente con el ADN, el ARN y las proteínas. Parecía probable que los cambios en el gen disco fueran, al menos en parte, responsables del cambio al vuelo nocturno en las polillas rosadas del arce.

Cuando comparó el gen disco de las polillas rosadas del arce con el de los gusanos del roble, halló 23 mutaciones que diferenciaban a cada uno de ellos. Las mutaciones se encontraban también en partes activas del gen, lo que significa que probablemente contribuyen a las diferencias físicas observables entre las polillas. Sondhi estaba viendo la evolución en acción.

«Si esto se confirma funcionalmente, será un ejemplo muy concreto del mecanismo que subyace a su especiación a nivel molecular, algo poco frecuente», afirma.

El estudio también supone un impulso importante para comprender mejor las diversas formas en que la vida se sostiene y propaga. Cuando la genética se convirtió en un campo de estudio, los investigadores centraron la mayor parte de sus esfuerzos en unas pocas especies representativas, como las moscas de la fruta o los ratones de laboratorio. Esto se hizo principalmente por conveniencia, pero limita lo que sabemos sobre los patrones biológicos generales. Al igual que un ser humano no es un ratón de laboratorio, una polilla no es una mosca de la fruta.

«A medida que las especies sigan disminuyendo debido al cambio climático y otros cambios antropogénicos, tendremos que modificar genéticamente un mayor número de las que queden para que toleren la sequía, por ejemplo, o para que sean activas en regímenes poco contaminados. Para hacerlo de forma coherente, es crucial disponer de un conjunto más amplio de genes caracterizados funcionalmente en todos los organismos. No podemos limitarnos a la Drosophila», afirma Sondhi.

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