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El pasado es prólogo: la «memoria» genética de los entornos ancestrales ayuda a los organismos a readaptarse


Los organismos llevan «recuerdos» a largo plazo de sus tierras ancestrales que los ayudan a adaptarse al cambio ambiental, según un nuevo estudio que involucró la cría de pollos en la meseta tibetana y un sitio adyacente de tierras bajas.


por Jim Erickson, Universidad de Michigan


El estudio proporciona nuevas ideas sobre cómo las criaturas se adaptan a los entornos cambiantes, un tema que es especialmente relevante hoy en el contexto del rápido cambio climático, que está creando desafíos para las plantas y los animales en todo el mundo.

El pollo fue domesticado de las aves de la selva roja en el sur de Asia y el sudeste asiático hace al menos 4,000 a 4,500 años. Fue llevado a la meseta tibetana hace unos 1.200 años, donde adquirió adaptaciones a gran altitud, como un aumento en los glóbulos rojos que transportan oxígeno.

En una serie de experimentos realizados por biólogos de la Universidad de Michigan y sus colegas chinos, los investigadores incubaron y criaron cientos de pollos en la meseta tibetana, a una altura de casi 11,000 pies, y en un sitio adyacente de tierras bajas en la provincia china de Sichuan. Algunos huevos de gallinas de tierras bajas se incubaron en la meseta, y algunos huevos de gran altitud se incubaron en un sitio a 2.200 pies sobre el nivel del mar.

El objetivo era evaluar las contribuciones relativas de dos tipos de cambios fenotípicos, es decir, cambios en las características o rasgos físicos observables de un organismo, en el proceso de adaptación ambiental. Los cambios fenotípicos «plásticos» implican una actividad genética alterada pero no una reescritura del código genético en las moléculas de ADN, mientras que las mutaciones causan una actividad genética alterada al modificar la secuencia de letras en el código mismo.

Los biólogos evolucionistas han debatido los roles relativos de los cambios plásticos y de la mutación en la adaptación, y si los primeros sirven como peldaños para los segundos.

En el estudio sobre pollos, los investigadores estaban específicamente interesados ​​en cómo los organismos se readaptan cuando se reintroducen en ambientes ancestrales. Descubrieron que los cambios plásticos juegan un papel más destacado cuando los organismos regresan a un hogar ancestral que cuando se adaptan a nuevos entornos.

«Estos hallazgos revelan un mecanismo por el cual la experiencia pasada afecta la evolución futura», dijo Jianzhi Zhang , autor principal del estudio y profesor en el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la UM.

«Nuestros hallazgos contribuyen al reciente debate sobre los roles relativos de los cambios plásticos y genéticos en la adaptación y revelan la importancia de considerar si el entorno está cambiando a uno nuevo o ancestral».

Los hallazgos están programados para su publicación el 22 de mayo en la revista Science Advances .

Para estudiar los roles relativos de los cambios en la secuencia plástica y de ADN, los investigadores analizaron las diferencias de expresión génica entre las gallinas de tierras bajas y las tibetanas en cinco tipos de tejidos: cerebro, hígado, pulmón, corazón y músculo. Para hacer eso, analizaron los transcriptomos de ARN de las células en esos tejidos.

El genoma está hecho de ADN que contiene las instrucciones necesarias para construir un organismo. Para que esas instrucciones se lleven a cabo, el ADN debe leerse y transcribirse en moléculas de ARN mensajero.

Al analizar la colección completa de secuencias de ARN en una célula, conocida como transcriptoma, los investigadores pueden determinar cuándo y dónde se activan y desactivan los genes. Los estudios de expresión génica proporcionan instantáneas de genes expresados ​​activamente en diversas condiciones.

Los cambios en la actividad genética alteran el fenotipo de un organismo, que incluye su morfología, comportamiento y fisiología. El término plasticidad fenotípica se refiere a cambios fenotípicos inducidos por el medio ambiente que no implican mutaciones genéticas.

En el estudio sobre pollos, los investigadores descubrieron que si bien muchos cambios fenotípicos inducidos por la mutación eran necesarios cuando los animales se adaptaron por primera vez a la meseta tibetana, los cambios plásticos transformaron en gran medida los transcriptomos al estado preferido cuando los pollos tibetanos fueron devueltos a las tierras bajas.

Se observó un resultado similar con la «incubabilidad» del huevo, la fracción de huevos de gallina fertilizados que nacieron en el estudio.

Cuando los huevos de las tierras bajas se incubaron en la meseta tibetana desconocida, la incubabilidad fue significativamente menor que la de los huevos de gallina tibetanos. Pero cuando los huevos tibetanos se incubaron en las tierras bajas, un ambiente familiar del pasado distante, no hubo diferencias significativas en la incubabilidad entre los dos grupos.

El resultado del huevo sugiere que los cambios mutacionales adaptativos son necesarios cuando un organismo es llevado a un entorno desconocido por primera vez, mientras que los cambios plásticos harán el truco cuando esas mismas criaturas regresen a un hogar ancestral.

El equipo de Zhang también analizó transcriptomas de estudios previos de guppies y bacterias E. coli y encontró resultados comparables, independientemente de si el nuevo entorno era más estresante o menos estresante que el entorno ancestral.

«En resumen, nuestro trabajo descubre un fenómeno conservado de bacterias a vertebrados que los organismos recuerdan sus entornos ancestrales en forma de plasticidad fenotípica», escribieron los autores.


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