Los petirrojos marinos como modelo evolutivo del desarrollo de rasgos adaptativos en distintas especies
Los petirrojos de mar son peces oceánicos especialmente aptos para vivir en el fondo: Seis apéndices parecidos a patas los hacen tan hábiles para escarbar, cavar y encontrar presas que otros peces tienden a pasar el rato con ellos y a robarles su botín.
Un encuentro casual en 2019 con estos extraños peces con patas en el Laboratorio Biológico Marino de Cape Cod fue suficiente para inspirar a Corey Allard a querer estudiarlos.
«Vimos que tenían unos petirrojos de mar en un tanque y nos los enseñaron, porque saben que nos gustan los animales raros», explica Allard, becario posdoctoral en el laboratorio de Nicholas Bellono, profesor del Departamento de Biología Molecular y Celular. El laboratorio de Bellono investiga la biología sensorial y la fisiología celular de muchos animales marinos, como pulpos, medusas y babosas de mar.
«Los petirrojos de mar son un ejemplo de especie con un rasgo muy inusual y novedoso», prosigue Allard. «Queríamos utilizarlos como modelo para preguntarnos: ¿Cómo se fabrica un órgano nuevo?».
La consiguiente inmersión de Allard en la biología del petirrojo de mar condujo a una colaboración con investigadores de Stanford que estudiaban la genética del desarrollo del pez y culminó en artículos consecutivos en Current Biology, de los que son coautores Bellono y Amy Herbert y David Kingsley, de la Universidad de Stanford, entre otros. Los estudios aportan los conocimientos más completos hasta la fecha sobre cómo utilizan sus patas los petirrojos de mar, qué genes controlan la aparición de esas patas y cómo podrían utilizarse estos animales como marco conceptual de las adaptaciones evolutivas.
No son patas para caminar, sino para tocar
Las «patas» de los petirrojos de mar son en realidad extensiones de sus aletas pectorales, de las que tienen tres a cada lado. Allard trató primero de determinar si las patas eran órganos sensoriales de buena fe, algo que los científicos sospechaban pero nunca habían confirmado. Realizó experimentos observando a petirrojos marinos en cautividad cazando presas, en los que alternaban breves periodos de natación con «paseos». También rascan de vez en cuando la superficie de la arena para encontrar presas enterradas, como mejillones y otros moluscos, sin señales visuales. Los investigadores se dieron cuenta de que las patas eran sensibles tanto a estímulos mecánicos como químicos. Incluso enterraron cápsulas que sólo contenían sustancias químicas, y los peces pudieron encontrarlas fácilmente.
La casualidad llevó a otro descubrimiento fortuito. A mitad del estudio recibieron un nuevo cargamento de peces parecidos a los originales, pero, según Allard, los nuevos peces no excavaban ni encontraban presas o cápsulas enterradas como hacían los originales. «Pensé que eran falsos o que el montaje no funcionaba», recuerda Bellono riendo.
Resultó que los investigadores habían adquirido una especie diferente de petirrojo marino. En sus estudios, acabaron caracterizando a ambas: Prionotus carolinus, que excava para encontrar presas enterradas y es muy sensible al tacto y a las señales químicas, y P. evolans, que carece de estas capacidades sensoriales y utiliza sus patas para la locomoción y el sondeo, pero no para excavar.
Al examinar las diferencias entre las patas de ambos peces, descubrieron que las de la variedad excavadora tenían forma de pala y estaban cubiertas de protuberancias llamadas papilas, similares a nuestras papilas gustativas. Las patas de los peces no excavadores tenían forma de caña y carecían de papilas. Basándose en estas diferencias, los investigadores concluyeron que las papilas son subespecializaciones evolutivas.
El artículo de Allard que describe la evolución de los nuevos órganos sensoriales de los petirrojos de mar incluye el análisis de especímenes de petirrojo de mar del Museo de Zoología Comparada para examinar la morfología de las patas a través de las especies y del tiempo. Descubrió que las especies excavadoras sólo se encuentran en unos pocos lugares, lo que sugiere una evolución relativamente reciente de este rasgo.
Estudiar las patas de los petirrojos de mar no era sólo pasar el rato con animales raros (aunque eso también era divertido). Los peces andadores son un organismo modelo potencialmente poderoso para comparar rasgos especializados y enseñarnos cómo la evolución permite la adaptación a entornos muy específicos.
Hace unos 6 millones de años, los humanos desarrollaron la capacidad de caminar erguidos, separándose de sus antepasados primates. El bipedismo es un rasgo definitorio de nuestra especie, y sólo sabemos hasta cierto punto cómo, cuándo y por qué se produjo ese cambio. Los petirrojos marinos y su adaptación a vivir en el fondo oceánico podrían ofrecernos pistas. Por ejemplo, hay factores genéticos de transcripción que controlan el desarrollo de las patas de los petirrojos de mar y que también se encuentran en las extremidades de otros animales, incluidos los humanos.
El segundo estudio, centrado en la genética, contó con la participación del laboratorio Kingsley de Stanford, la física italiana Agnese Seminara y la bióloga Maude Baldwin, del Instituto Max Planck de Alemania, y examinó exhaustivamente los fundamentos genéticos del inusual rasgo de los peces caminadores. Los investigadores utilizaron técnicas como la transcriptómica y la edición genómica para identificar qué factores de transcripción genética intervienen en la formación y función de las patas de los petirrojos de mar. También generaron híbridos entre dos especies de petirrojos de mar con distintas formas de patas para explorar la base genética de estas diferencias.
«Amy y Corey han hecho mucho para describir este animal, y creo que es bastante raro pasar de la descripción del comportamiento a la descripción de las moléculas y a la descripción de una hipótesis evolutiva», dijo Bellono. «Creo que es un buen ejemplo de cómo se plantea una pregunta científica y se sigue rigurosamente con una mente curiosa y abierta».
REFERENCIA
Imagen: Petirrojo marino (Prionotus carolinus). Anik Grearson
