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– Los seres humanos, junto con muchos otros mamíferos, deben conformarse con cuatro proteínas diferentes sensibles a la luz en los bastones y conos de nuestras retinas. Sin embargo, las especies de peces que viven en las profundidades marinas pueden tener hasta 40 proteínas diferentes que ayudan a su visión. Esto significa que lo más probable es que vean algún tipo de color en el que los humanos solo vean las tinieblas negras.
Cortesia UiO por Bjarne Røsjø – Los seres humanos y muchos otros vertebrados tienen tres proteínas diferentes sensibles a la luz en los denominados conos de nuestras retinas, y otra proteína sensible a la luz en las barras. Las proteínas en nuestros conos funcionan mejor en buenas condiciones de luz y nos permiten ver el color, mientras que las proteínas en nuestras barras funcionan en condiciones de luz más débiles para darnos una imagen en blanco y negro de nuestro entorno.
Sin embargo, algunos peces de aguas profundas, viviendo en la oscuridad eterna, están mejor equipados que los humanos cuando se trata de su sentido de la visión. Investigadores de la Universidad de Oslo (UiO), junto con colegas de otros países, han resaltado la visión de 101 especies de peces, utilizando los genomas como punto de partida. La mayoría de las especies tenían solo una proteína sensible a la luz en sus barras, al igual que los vertebrados. Sin embargo, 13 de ellos eran especies de peces de aguas profundas con varios genes y proteínas sensibles a la luz, un hecho que previamente no se conocía.
«Estas proteínas adicionales son proteínas de membrana que probablemente están especialmente adaptadas para registrar la luz débil que se encuentra en las profundidades marinas», dice el profesor Kjetill S. Jakobsen en el Centro de Síntesis Ecológica y Evolutiva (CEES) de UiO.
Es uno de los autores detrás del artículo científico publicado recientemente en la revista estadounidense Science, una de las revistas de investigación más prestigiosas del mundo, junto con una referencia al artículo en la portada.
“El aleta espinosa de plata Diretmus argenteus tiene el récord, con un total de 38 proteínas diferentes sensibles a la luz en las barras, y dos en los conos. Las proteínas en las varillas reaccionan a diferentes longitudes de onda, y esto indica que las varillas le dan a este pez algún tipo de visión de color. Esto significa que este pez puede ver el color usando las varillas que solo nos dan la visión en blanco y negro de los humanos ”, agrega Jakobsen.
Una luz azul débil
Los peces de aguas profundas que se estudiaron viven entre 200 y 1500 metros debajo de la superficie del mar, en un mundo extraño donde la mayor parte de la luz del día ha sido filtrada por las masas de agua. La única luz que llega a estas profundidades desde arriba es una débil luz azulada con longitudes de onda entre 400 y 500 nanómetros.
Sin embargo, el mar profundo no es completamente oscuro, ya que las algas, los peces, las medusas, etc. que viven en sus profundidades emiten su propia luz, un fenómeno conocido como bioluminiscencia. La luz de estas criaturas está típicamente en el rango de 420 a 520 nanómetros. A profundidades superiores a unos 200 metros, dependiendo de la calidad del agua, la luz de la bioluminiscencia será más fuerte que la tenue luz diurna que la hace desde la superficie.
El aleta espinosa de plata, junto con los otros peces de aguas profundas que tienen varios pigmentos diferentes en sus retinas, probablemente sean capaces de ver tanto la luz del día desde arriba como la luz emitida en diferentes longitudes de onda de diferentes seres vivos.
“Este trabajo realmente comenzó hace varios años, cuando un grupo de investigadores aquí en CEES planeó mapear la relación evolutiva entre diferentes especies de peces mediante el estudio de sus genes. Fue a través de ese proyecto que descubrimos, entre otras cosas, que los bacalaos carecen de una parte central del sistema inmunológico. Entonces comenzamos a mirar a estos peces de aguas profundas, porque nos preguntábamos cuánto podrían ver realmente en la oscuridad de las profundidades «, dice Jakobsen.
“Ahora hemos descubierto que 13 especies de peces de aguas profundas de tres grupos de peces óseos diferentes tienen varios genes que desconocíamos previamente. Estos genes permiten a los peces expandir su repertorio de proteínas sensibles a la luz, o opsinas de varilla, que también eran desconocidas anteriormente. «Las opsinas de caña reaccionan a longitudes de onda ligeramente diferentes en la luz azulada que se encuentra en las profundidades marinas, y por lo tanto creemos que los peces ven algo comparable al color», explica.
Genes encontrados primero
Los investigadores del CEES no comenzaron su búsqueda buscando específicamente pigmentos en los bastones y conos de los peces de aguas profundas: en su lugar, comenzaron investigando todos los genes en los genomas de los peces de aguas profundas. Así es como descubrieron una serie de genes que contenían «recetas» para muchos pigmentos sensibles a la luz diferentes. Más específicamente, estos genes tenían variaciones en un segmento especial de ADN que regula a qué color / longitud de onda son sensibles las proteínas.
«Pero no fue suficiente para demostrar que los peces tenían muchos genes diferentes, porque los genes pueden estar en el genoma sin ser expresados. Es por eso que sacamos los genes reales
Y los puso en bacterias, que comenzaron a sintetizar las diferentes proteínas. Y luego investigamos qué longitudes de onda absorbían las proteínas ”, dice Jakobsen.
El espineto plateado Diretmus argenteus es el poseedor indiscutible de registros cuando se trata de pigmentos que absorben la luz, pero los investigadores también encontraron varias otras especies que estaban bien equipadas con opsinas de varilla.
“El pez linterna glaciar Benthosema glaciale tiene cinco opsinas de varilla diferentes, mientras que el extraño ojo de tubo Stylephorus chordatus tiene seis tipos diferentes. También investigamos a algunos familiares del poseedor del récord y encontramos hasta 14 opsinas de varilla ”, dice Martin Malmstrøm.
Malmstrøm fue un postdoctorado y un científico clave en el trabajo para seleccionar los genes en los que los investigadores se centrarían más tarde. Ahora es un líder de proyecto en el Comité Científico Noruego para la Alimentación y el Medio Ambiente.
El profesor Jakobsen subraya que los investigadores no pueden estar seguros de que los peces vean el color en las profundidades marinas.
“Solo podríamos decir esto con absoluta certeza si unimos electrodos en el cerebro de estos peces y analizamos sus ondas cerebrales mientras nadaban. Es dudoso que esto se pueda hacer. Sin embargo, estamos bastante seguros de que tanto los genes como las variantes de opsina de varilla están activos. «Si el pez no recibió ningún beneficio práctico de la capacidad de ver colores de diferentes longitudes de onda, entonces probablemente habrían perdido la capacidad de hacerlo con el tiempo», analiza Jakobsen.
Una duplicación de genes
Los nuevos análisis muestran que las variantes genéticas de los peces de aguas profundas resultaron de una serie de duplicaciones genéticas que pudieron haber comenzado hace unos 50 millones de años. Dichas duplicaciones pueden ocurrir espontáneamente en la naturaleza, y el antepasado de los peces de aguas profundas probablemente tenía un gen para la producción de opsina de caña. La duplicación significa que un área de ADN se duplica, y de esta manera la descendencia puede tener repentinamente dos versiones del mismo gen. Luego, estos genes pueden cambiar, mutar, ser independientes entre sí, y de esta manera los peces pueden tener opsinas de varilla que reaccionan a frecuencias de luz ligeramente diferentes.
“Sabemos desde antes que una vez que se duplica un gen, es más fácil que se produzcan nuevas duplicaciones. Es por eso que generalmente no encontramos solo dos copias del mismo gen cuando analizamos las especies. Es más común encontrar varias copias «, señala el postdoc Ole Kristian Tørresen.
Apostando a la vista
Las ballenas dentadas (Odontoceti) y los murciélagos son ejemplos de mamíferos que han desarrollado un órgano sensorial utilizando ecolocalización para orientarse en la oscuridad de tono negro. La ecolocación implica que el animal envía una serie de ondas de sonido que se reflejan cuando golpean algo, por ejemplo, un pez o algo más.
“Pero estos peces de aguas profundas han evolucionado su sentido de la vista en su lugar, de modo que pueden ver relativamente bien en condiciones que los humanos experimentaríamos como oscuridad de tono oscuro. Uno solo puede impresionarse con la forma en que la naturaleza y la evolución encuentran soluciones que funcionan «, comenta Jakobsen.
Una gran cantidad de trabajo se encuentra detrás del nuevo artículo científico en Ciencia. El artículo real es solo de cinco páginas A4, pero los investigadores también han usado ca. 100 páginas en un archivo adjunto para explicar los detalles de cómo procedieron. Hubo desafíos en múltiples disciplinas; por ejemplo, conseguir un número suficiente de especies de peces de aguas profundas fue un proyecto en sí mismo. Por lo tanto, era necesario contar con un equipo multidisciplinario de biólogos evolutivos, biólogos moleculares, ecólogos de peces, biólogos marinos y fisiólogos de la vista, para completar el estudio.
Así es como funciona la vista
Los fotones llegan a la retina del ojo, que está equipado con una gran cantidad de receptores de luz (bastones y conos).
- Algunos de los fotones alcanzan un enlace químico central en una proteína sensible a la luz. Si el fotón tiene la longitud de onda y la frecuencia correctas, puede desencadenar un pequeño cambio estructural en la proteína.
- El cambio estructural desencadena una reacción de cadena larga que finalmente conduce a una pequeña señal eléctrica que se envía a la corteza visual.
- Los conos en la retina humana registran la luz con longitudes de onda entre ca. 380 nanómetros (violeta) y ca. 750 nanometros (rojo).
- Las varillas son más sensibles a la luz con una longitud de onda de alrededor de 500 nanómetros.
Este texto fue traducido del noruego por Sari C. Cunningham.
Contacto: Profesor Kjetill S. Jakobsen, Departamento de Biociencias de CEES y UiO
La publicación científica: Musilova, Cortesi et al .: Visión utilizando múltiples opsinas de varas distintas en peces de aguas profundas. Ciencia, publicado el 9 de mayo de 2019.
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