“Mismos” animales, genomas diferentes

Es lógico esperar que animales muy similares, aunque habiten en distintas partes del planeta, pertenezcan a una misma especie. Por tanto, también esperaríamos que los mismos animales compartan un mismo genoma. Pero esto no siempre es así.

Lo sabemos gracias a la ayuda de un pequeño animal del zooplancton de la especie Oikopleura dioica, que hemos utilizado como modelo para entender el origen evolutivo del árbol filogenético al que pertenece la especie humana, los cordados.

Ejemplar hembra de Oikopleura dioica estudiado por los autores. EvoDevoCAT SGR, Author provided (no reuse)

Este organismo marino de mares templados es el protagonista de un artículo científico recientemente publicado en la revista Genome Research, fruto de años de investigación conjunta entre nuestro laboratorio en la sección de Genética  y el IRBio de la Universidad de Barcelona (UB), en colaboración con el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) y universidades japonesas y europeas.

Animal adulto de la especie Oikopleura dioica dentro de la casa que utiliza como aparato filtrador en su forma de alimentación de microalgas marinas. Alfonso Ferrández-Roldán, Author provided (no reuse)

La secuenciación de los genomas de ejemplares de Oikopleura dioica de diferentes partes del mundo (mar Mediterráneo, océano Pacífico y las islas de Okinawa) ha demostrado, sorprendentemente, que estos genomas son radicalmente diferentes, a pesar de que los animales no presentan en su apariencia diferencias morfológicas obvias que los distingan.

Las apariencias engañan, los genomas no tanto

Un hallazgo así no ha hecho más que abrir nuevos interrogantes para la ciencia. ¿Por qué estas grandes diferencias genómicas no se traducen en cambios obvios en la morfología de los animales? ¿Es posible que, detrás de esa apariencia de ser los “mismos” animales, las grandes diferencias en la estructura de los genomas nos indiquen que en realidad los individuos de lugares distantes pertenecen a especies distintas?

Por tanto, en ciertos organismos, ¿deberíamos utilizar con cautela el concepto de “genoma de referencia” de una especie, sin antes haber estudiado la posibilidad de encontrar grandes diferencias genómicas en organismos de hábitats dispares?

Las respuestas comienzan por entender que el genoma es una especie de libro que contiene toda la información genética necesaria para gobernar un ser vivo.

Está compuesto por diferentes cromosomas, los cuales a su vez contienen miles de genes. Estos son las unidades básicas de información genética que determinan todas las características de cada individuo y se heredan de generación en generación.

A lo largo de miles y miles de generaciones, los genomas al replicarse van acumulando cambios (conocidos como mutaciones). Estas hacen que la información genética de cada genoma vaya variando generación tras generación.

Cuando dicha información ha cambiado mucho, los organismos son tan diferentes que ya conforman especies diferentes y, por tanto, no pueden cruzarse entre sí y producir progenies viables.

La acumulación de cambios genéticos es la base de la evolución y es pieza esencial para la generación de nuevas especies y el aumento de la biodiversidad del planeta.

Manuales con instrucciones desordenadas

Si comparamos la organización de un genoma con la de un libro o manual de instrucciones, cada cromosoma podría representar un capítulo. A su vez, las miles de frases que llenan de información cada capítulo podrían ser los miles de genes que se distribuyen a lo largo de los cromosomas.

Si comparamos dos libros de instrucciones de dos figuras de lego diferentes (como metáfora de dos especies), esperaríamos encontrar diferencias importantes en los libros de instrucciones de cada figura. Estas incluirán cambios en la estructura de los capítulos (cromosomas), en el orden de sus frases (genes) y en su significado (mutaciones).

Por contra, si comparamos los libros de cómo construir la misma figura de lego en diferentes partes del mundo, no esperaríamos encontrar diferencias entre los libros.

Sin embargo, en esta analogía, el resultado inesperado ha sido que, al comparar los genomas de los “mismos” organismos de diferentes partes del mundo, estos eran diferentes. Las posiciones de la mayoría de genes en los cromosomas han sido masivamente desordenadas, incluso, a veces, saltando entre cromosomas.

Para hacernos una idea, es como si pudiéramos leer dos libros de instrucciones de legos en los que todas sus frases han sido masivamente desordenadas y, aun así, obtendríamos la misma figura final. Este descubrimiento nos plantea el reto de continuar investigando cómo es posible que ese notable reordenamiento genómico no se traduzca en grandes cambios morfológicos.

Al mismo tiempo, nos condujo a sospechar que quizás animales de diferentes lugares pudieran pertenecer a diferentes especies crípticas. Este es el término que reciben los animales que, a pesar de parecerse mucho, en verdad pertenecen a especies diferentes.

Consecuentemente, no se podrían cruzar entre sí ni tener descendencia fértil. Y, efectivamente, los resultados de los primeros experimentos que hemos realizado, por ejemplo, entre ejemplares de Okinawa y Osaka, nos han revelado que no se pueden reproducir entre ellos.

Comparación de hembras (arriba) y machos (abajo) de Oikopleura dioica de Barcelona, ​​Osaka y Okinawa. Modificado a partir de Masunaga, A., Mansfield, M.J., Tan, Y. et al. La cosmopolita apendiculariana Oikopleura dioica revela diversidad genética oculta en todo el mundo. Mar Biol 169, 157 (2022). Crédito de las imágenes: Aki Masunaga y Alfonso Ferrandez-Roldán

Todo ello sugiere que, debajo de lo que hasta ahora creíamos que era una única especie Oikopleura dioica con distribución cosmopolita, probablemente haya decenas o centenares de especies crípticas diferentes por todos los océanos del planeta.

Por supuesto, es un hallazgo también importante a la hora de evaluar cuál es la biodiversidad del planeta. Este es uno de los objetivos del proyecto Biogenoma planetario (Earth Biogenome project), que pretende secuenciar los genomas de todas la especies eucariotas de la Tierra en la siguiente década.

Nuestros resultados sugieren que, para ciertos organismos, no podremos validar un único genoma de referencia para cada especie. Y que la biodiversidad y el número de especies del planeta podrían ser mucho más altos de lo que hasta ahora habíamos imaginado.