Secretos evolutivos escondidos en la oscuridad

Por Colaborador Invitado, el 25 enero, 2023. Categoría(s): Sin categoría

Han pasado 163 años desde que Charles Darwin, en 1859, publicara su libro titulado El origen de las especies, y definiese la selección natural como el mecanismo que lleva a la adaptación y especiación de los seres vivos. Desde entonces la biología se ha dedicado a refinar la teoría propuesta por Darwin y desentrañar los misterios que esconde la evolución de las especies. Hoy en día, gracias al registro fósil y a las tecnologías modernas de secuenciación genómica podemos trazar el camino evolutivo de las especies con mayor precisión.

La mejor forma de poner a prueba la evolución y comprender los secretos que esconde, es estudiar los ambientes más extremos de la Tierra, ya que es sorprendente como la vida, a través de la selección natural, de ensayos de prueba y error, es capaz de adaptarse para sobrevivir en estas condiciones.

Científicos investigan la vida en las masas de agua dulce de las cuevas | La Vanguardia

La vida se abre paso en ambientes extremos

Un ejemplo de estos ambientes, son las cuevas. La vida en estos lugares no es sencilla, ya que escasean de dos de los elementos más utilizados por la mayoría de los seres vivos, el oxígeno y la luz.

En este sentido, las reinas de la evolución son las bacterias, que son capaces de habitar los lugares más inhóspitos del planeta, pudiendo vivir en ausencia de oxígeno y metabolizar compuestos inorgánicos para sobrevivir. Por ejemplo, en las cuevas de la península de Yucatán las bacterias degradan la materia orgánica del suelo, de las zonas poco profundas, dando lugar a metano y carbono orgánico disuelto, que se transportan a las zonas más profundas de las cuevas donde otras bacterias, heterótrofas o consumidores de metano, metabolizan este tipo de compuestos. Estas bacterias, a su vez, sirven de alimento para crustáceos que, a su vez, sirven de alimento para niveles tróficos más altos de la red alimentaria cavernícola. Así, gracias a la increíble capacidad de adaptación de las bacterias, organismos superiores son capaces de sobrevivir en este tipo de ambientes extremos. Sin embargo, estos animales también necesitan tener sus propias adaptaciones para poder sobrevivir.

Fuente hidrotermal. Uno de los lugares más inhóspitos del planeta, ubicadas a más de 2000m de profundidad. Las especies bacterianas más antiguas del planeta, del grupo de las arqueas quimiosintéticas, capaces de metabolizar el metano y los compuestos de azufre. A su vez estas bacterias permiten la vida de organismos más complejos como camarones o gusanos de tubo. | NG

Adaptaciones de los peces a la vida cavernícola. Sobrevivir en ambientes extremos requiere grandes sacrificios.

Si seguimos analizando las adaptaciones de los seres vivos a las cuevas de agua dulce, un caso curioso son las adaptaciones de los peces para orientarse en la total oscuridad de estas cuevas.

Una consecuencia frecuente de la vida cavernícola es la pérdida de visión ya que, debido de a la ausencia de luz, utilizar recursos en mantener un sistema tan costoso como la vista, puede llegar a ser contraproducente para los habitantes de estos lugares. Esto es un ejemplo de evolución regresiva. Normalmente pensamos en la evolución como un proceso en el que se adquieren nuevas características que permiten a las especies adaptarse. Sin embargo, existen casos en los que la mejor estrategia para la supervivencia es la pérdida de un rasgo determinado, en este caso la visión. Sin embargo, no hay que entender la evolución como un proceso guiado para conseguir un fin, ya que las especies evolucionan por mutaciones al azar en su material genético, que pueden tener un efecto positivo que les permita sobrevivir mejor en determinadas condiciones, tener un efecto negativo o neutro. En este caso el hecho de que un pez no use sus ojos no hará que su descendencia nazca sin ojos.

Por ejemplo, los peces del género Sinocyclocheilus viven en cuevas de agua dulce localizadas en China. Millones de años de evolución en la oscuridad absoluta, han llevado a estos peces a perder su capacidad de ver, de manera que ciertas especies han perdido también los ojos. Sin embargo, si ocurren cambios en los genes que controlan el desarrollo de los ojos y estos cambios resultan ser beneficiosos para los peces que los portan, se acabarán asentando como una característica de la especie.

Sin embargo, puede surgirnos la siguiente pregunta: ¿es la ausencia de ojos realmente beneficioso para los peces cavernícolas?

Actualmente se cree que la ceguera no es realmente beneficiosa, si no que viene acompañada de otros cambios que sí son beneficiosos. A este proceso evolutivo se le conoce como pleiotropía, es decir, cuando la mutación se da en un gen que afecta a varias características físicas de un individuo, siendo alguno de es tos cambios muy beneficioso, mientras que los otros, pese a no otorgar ninguna ventaja, tampoco son desventajosos.

Por ejemplo, en los peces cavernícolas, la mutación que afecta al desarrollo de los ojos va acompañada de una mejora en el sentido del olfato. Estos peces viven en lugares donde la pérdida de visión no les afecta negativamente, pero un mejor sentido del olfato si puede ser realmente beneficioso para la supervivencia en estos hábitats. Sin embargo, aunque un mejor olfato sea ventajoso para un pez que habita en un río luminoso, la pérdida de visión le será muy perjudicial y probablemente no sea capaz de pasar esa característica a su descendencia.

Diferencias entre los peces Astyanax mexicanus, que viven la superficie y los que habitan en las cuevas. Nature Communications (Nat Commun) ISSN 2041-1723 (online)

Una vez que sabemos por qué son ciegos los peces cavernícolas, puede surgirnos otra pregunta, ¿cómo son estos peces, capaces de orientarse, encontrar comida, y sobrevivir sin el sentido de la vista?

La línea lateral como sustituta de la visión

Al igual que nosotros cuando buscamos el baño en mitad de la noche, palpando las paredes para no tropezarnos, estos animales siguen un mecanismo parecido ya que se mueven utilizando las paredes de la cueva como guía.

Para ello, los peces tienen un órgano especializado para esta tarea, llamado línea lateral. Esta es un sistema sensorial que permite detectar movimientos y vibraciones del agua, ayudándoles a orientarse, gracias órganos receptores especiales, llamados neuromastos. Todos los neuromastos están formados por células ciliadas, sensibles al movimiento, protegidas por una cúpula gelatinosa. Estos neuromastos se comunican mediante un sistema de canales subepidérmicos que terminan en un poro. De esta manera, el movimiento del agua mueve la cúpula gelatinosa y, a su vez, los cilios que contiene, mandan la información sensorial al cerebro a través de nervios. Posteriormente este sistema evolucionaría para adaptarse a la vida terrestre, dando lugar a los sentidos de la audición y del equilibrio en vertebrados terrestres.

Estructura de un neuromasto

Este sistema lo comparten los peces y numerosos animales acuáticos. Sin embargo, la presión selectiva que sufren los habitantes de las cuevas ha influido en el desarrollo de adaptaciones específicas de la línea lateral, que permiten que la visión no sea un sentido imprescindible para la supervivencia. Por ejemplo, ciertos peces que habitan en cuevas mexicanas, Astyanax mexicanus, tienen neuromastos más grandes, y se distribuyen de manera asimétrica a lo largo de su cabeza.

Los científicos de la Universidad de Guangxi en Nanning (China), analizaron los neuromastos de 26 especies de peces cavernícolas. Los resultados de esta investigación fueron realmente curiosos. Las especies sin ojos, o con “micro-ojos”, mostraron una mayor asimetría en la distribución de los neuromastos, que los peces con ojos normales. Además, esto se correlacionó con el comportamiento de los peces. Los científicos testaron los patrones de natación de los peces con los distintos ojos. De esta manera, los peces sin ojos tendían a nadar pegados a la pared usando el lado del cuerpo en el que poseen el mayor número de neuromastos. Esta distribución asimétrica ha evolucionado de forma independiente en diferentes especies de peces cavernícolas no relacionadas entre sí. Esto sugiere que nadar pegados a la pared, gracias a la distribución desigual de sus neuromastos, es una estrategia muy eficaz que facilita la supervivencia en estos ambientes extremos.

Esto es un ejemplo de evolución convergente, es decir, diferentes especies no relacionadas evolutivamente acaban siguiendo la misma estrategia evolutiva frente a la misma presión selectiva. Otros ejemplos de este mecanismo evolutivo pueden ser el mecanismo defensivo del armadillo y el pangolín o la evolución del vuelo en aves y murciélagos. 

Conclusión

Es evidente que hemos avanzado mucho en nuestro conocimiento sobre la  evolución, sin embargo aún nos esconde muchos secretos. Para desentrañarlos, seguir investigando las adaptaciones de la vida a los ambientes extremos puede ser muy esclarecedor. ¿Qué otras adaptaciones crees que pueden tener los habitantes de las cuevas?

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Este artículo ha sido redactado por el equipo de Microbacterium.es  de forma exclusiva para Naukas. Artículo redactado por Miguel Cócera Fernández y editado por Ada Muñoz Cazalla.

Referencias científicas y más información:

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Por Colaborador Invitado, publicado el 25 enero, 2023
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