Para aprender más sobre los humanos, un gran equipo internacional de científicos pasó años rastreando algunas de las criaturas más extrañas de la Tierra. Acamparon en un témpano de hielo del Ártico para recolectar ADN de la criatura de un colmillo. narvalanotó un pequeño murciélago abejorro en una región rica en cuevas del sudeste asiático y se aventuró entre bastidores en un zoológico del Caribe para extraer sangre del hocico delgado solenodonteuno de los pocos mamíferos venenosos del mundo.
Los investigadores compararon los genomas de estos mamíferos con los de una variedad diversa de otros, incluido un oso hormiguero, una suricata, un topo de nariz estrellada y un ser humano. Al hacerlo, fueron capaz de identificar tramos de ADN que apenas han cambiado durante eones de evolución de los mamíferos y, por lo tanto, es probable que sean vitales para la salud y el funcionamiento humanos.
La base de datos genética que reunieron incluye los genomas completos de 240 especies, que cubren más del 80 por ciento de las familias de mamíferos del planeta (incluidos los humanos). Podría ayudar a los científicos a responder una amplia variedad de preguntas sobre otros animales, como cuándo y cómo evolucionaron y la base biológica de algunos de sus talentos inusuales.
«¿Qué cosas asombrosamente geniales pueden hacer esas especies que los humanos no pueden hacer?» dijo Elinor Karlsson, genetista de la Facultad de Medicina de UMass Chan y del Instituto Broad y codirectora de lo que se conoce como el Proyecto Zoonomía. “Siempre nos gusta pensar en los humanos como la especie más especial. Pero resulta que somos bastante aburridos en muchos sentidos”.
El conjunto de datos de Zoonomía tiene limitaciones. Contiene solo un genoma por especie (con la excepción del perro doméstico, que fue secuenciado dos veces), y faltan miles de mamíferos.
Pero en un nuevo paquete de artículos, publicado en Science el jueves, el equipo de Zoonomia mostró el poder de este tipo de datos de múltiples especies. Y es solo el comienzo.
“La secuenciación de muchos genomas no es trivial”, dijo Michael G. Campana, científico de genómica computacional del Instituto Nacional de Biología de la Conservación y Zoológico del Smithsonian, que no formó parte del proyecto. «Lo que es realmente importante es hacer uso de estos datos».
Estas son algunas de las cosas que los científicos de Zoonomia ya están haciendo con él:
Descubriendo la base de las habilidades especiales
Para buscar las bases de los talentos animales excepcionales, los científicos buscaron secuencias genéticas que hubieran evolucionado inusualmente rápido en especies que compartían un rasgo determinado, como la capacidad de hibernar.
En un análisis, los investigadores se centraron en los hibernadores profundos, como el lémur enano de cola gorda y el murciélago orejudo mayor, que pueden mantener bajas las temperaturas corporales durante días o semanas seguidas. Los investigadores encontraron evidencia de «evolución acelerada» en una variedad de genes, incluido uno que se sabe que ayuda a proteger las células del estrés relacionado con la temperatura y otro que inhibe una vía celular relacionada con el envejecimiento.
“Muchas especies que hibernan también tienen una longevidad excepcional”, dijo la Dra. Karlsson, lo que la llevó a preguntarse: ¿Los cambios en ese gen contribuyen a que tengan una vida más larga?
Los investigadores también exploraron el sentido del olfato de los mamíferos. Los animales tienen una gran variedad de diferentes receptores olfativos, cada uno capaz de unirse a ciertas moléculas que causan el olor; las especies con más genes de receptores olfativos generalmente tienen sentidos del olfato más agudos.
Cuando el equipo de Zoonomia contó el número de estos genes en cada especie, el elefante de la sabana africana ocupó el primer lugar, con 4.199. Le siguieron el armadillo de nueve bandas y el perezoso de dos dedos de Hoffmann, mientras que el agutí centroamericano ocupó el cuarto lugar.
El agutí “resulta tener uno de los mejores repertorios olfativos de cualquier mamífero, por razones totalmente desconocidas”, dijo el Dr. Karlsson. “Es un recordatorio de cuánta diversidad hay ahí fuera de la que no sabemos nada”. (Los perros, señaló, no demostraron ser «particularmente especiales» en este sentido).
Por otro lado, los cetáceos, un grupo que incluye delfines y ballenas, tienen una cantidad notablemente pequeña de genes de receptores olfativos, lo que tiene sentido dados sus hábitats acuáticos. “Se comunican de otras maneras”, dijo Kerstin Lindblad-Toh, genetista del Instituto Broad y la Universidad de Uppsala y la otra líder del Proyecto Zoonomía.
Las especies con más genes de receptores olfativos también tendían a tener más cornetes olfativos, estructuras óseas en la cavidad nasal que ayudan al olfato. Los resultados sugieren que «si ciertos rasgos son importantes, evolucionan de múltiples maneras», dijo la Dra. Lindblad-Toh.
Agregó: «Creo que una de las cosas importantes con nuestro conjunto de datos es que genera la secuenciación del genoma para tantas especies diferentes que las personas pueden comenzar a observar sus características favoritas».
Pintar retratos de poblaciones
En febrero de 1925, en medio de un brote de difteria, un relevo de equipos de perros de trineo entregó un suministro de emergencia de antitoxina a Nome, Alaska, que había quedado aislada por la nieve. Balto, uno de los perros que corrió el tramo final del relevo, se hizo famoso; cuando murió algunos años después, su cuerpo disecado se exhibió en el Museo de Historia Natural de Cleveland.
Un equipo de investigadores de Zoonomia ahora ha usado una pequeña pieza de ese tejido disecado para aprenda más sobre el famoso perro de trineo y sus contemporáneos caninos. “Vimos esto como un pequeño desafío”, dijo Kathleen Morrill, autora del artículo de Balto, quien realizó la investigación como estudiante de posgrado en la Escuela de Medicina UMass Chan y ahora es científica principal en Colossal Biosciences. “Aquí está este individuo, realmente famoso. No sabemos mucho sobre su biología. ¿Qué podemos decir sobre su genoma?”.
Descubrieron que Balto era genéticamente «más saludable» que los perros de pura raza modernos, con más variación genética heredada y menos mutaciones potencialmente dañinas. Es probable que ese hallazgo se deba al hecho de que los perros de trineo generalmente se crían para el rendimiento físico y pueden ser una mezcla de razas.
Balto también tenía una variedad de variantes genéticas que no estaban presentes en los lobos y que eran raras o faltaban en los perros de pura raza modernos, encontraron los investigadores. Muchas variantes se encontraban en genes involucrados en el desarrollo de tejidos y pueden haber afectado una variedad de rasgos importantes para los perros de trineo, como el grosor de la piel y la formación de articulaciones. Balto tenía dos copias de estas variantes, una heredada de cada padre, lo que significa que probablemente eran al menos algo comunes en otros perros de trineo de Alaska en ese momento.
“Obtenemos una imagen mucho más clara de cómo era él y cómo se habría visto su población”, dijo Katie Moon, investigadora postdoctoral en la Universidad de California, Santa Cruz, y autora del artículo. “Y esa imagen es de perros de trineo de trabajo muy bien adaptados”.
Iluminando líneas de tiempo evolutivas
Los científicos han debatido durante mucho tiempo con precisión cómo y cuándo surgió la diversa variedad de mamíferos de hoy. ¿Se ramificó el árbol genealógico de los mamíferos solo después de la extinción de los dinosaurios, hace unos 66 millones de años? ¿O el proceso tuvo lugar en gran parte antes de la catástrofe?
A nuevo análisis con los genomas de Zoonomia sugiere que la respuesta es ambas. Los mamíferos comenzaron a diversificarse Hace unos 102 millones de años, cuando los continentes de la Tierra se estaban fragmentando y el nivel del mar comenzó a subir. “Esto aisló a los predecesores de los linajes modernos en diferentes masas de tierra”, dijo William Murphy, genetista evolutivo de la Universidad Texas A&M y autor del artículo.
Pero otro estallido de diversificación se produjo después de la extinción de los dinosaurios, encontraron los investigadores, cuando la aparición de nuevas tierras y la desaparición de los reptiles reinantes proporcionaron a los mamíferos nuevos hábitats, recursos y oportunidades.
“Es un artículo realmente histórico”, dijo Scott Edwards, biólogo evolutivo de Harvard, que no participó en la investigación. «Probablemente sea el más grande de su tipo en términos de tratar de poner a los mamíferos en una escala de tiempo».
El paquete Zoonomia en términos más generales es «un conjunto de trabajo monumental», agregó. «Realmente establecerá el estándar para nuestra comprensión de la evolución de los mamíferos en el futuro».
Predicción del riesgo de extinción
Los mamíferos generalmente heredan dos copias de la mayoría de las secuencias genéticas, una de cada padre. Determinar qué tan cerca coinciden estas secuencias puede proporcionar información sobre el tamaño de las poblaciones animales anteriores; largos tramos de ADN coincidente pueden ser un signo de consanguinidad, por ejemplo.
El genoma de un solo animal refleja «cuán estrechamente relacionados estaban sus padres, sus abuelos, desde el principio», dijo Aryn Wilder, genetista conservacionista de la Alianza de Vida Silvestre del Zoológico de San Diego.
Dra. Wilder y sus colegas usó los genomas de Zoonomia estimar el tamaño de las poblaciones de diferentes especies a lo largo de la historia. En comparación con las especies históricamente abundantes, aquellas con poblaciones pasadas pequeñas tenían mutaciones genéticas más potencialmente dañinas y tenían más probabilidades de ser clasificadas como amenazadas por el Union Internacional para la Conservación de la Naturaleza.
Los investigadores también analizaron los genomas de tres especies cuyo riesgo de extinción la UICN consideró desconocido debido a la falta de datos: la orca, la rata topo ciega de las montañas de la Alta Galilea y el ciervo-ratón de Java (que se ve exactamente como se anuncia) . Los resultados sugirieron que la orca podría estar en mayor riesgo.
El enfoque podría proporcionar una forma rápida de priorizar especies para evaluaciones de riesgo más exhaustivas y con uso intensivo de recursos, dijo Beth Shapiro, paleogenética de la Universidad de California, Santa Cruz, y autora del estudio. “Podría ser una forma relativamente sencilla de hacer una clasificación de conservación”, dijo.
