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Hembras aventajadas, la visión a colores y parásitos genómicos / CIENCIORAMA 1
Hembras aventajadas, la visión a colores y parásitos
genómicos
Agustín B. Ávila Casanueva
Un grupo descendiente de los reptiles y las aves empezó a diferenciarse
de ellos, a cambiar sus formas y sus costumbres. Pasó varios miles de
años diferenciándose hasta formar una clase diferente, los mamíferos, que
a su vez dio lugar a cientos de especies. Durante estos años su vida fue
principalmente nocturna, el día pertenecía a los dinosaurios, predadores
feroces que eran para ellos un reto demasiado grande. La seguridad de la
noche venía con un precio: el aparato visual de los mamíferos tenía que
obtener la mayor cantidad posible de luz para poder guiarse en la
oscuridad sin color. Poco a poco su visión a color se fue degradando y
debido a esto casi todos los mamíferos son daltónicos. Algunos primates
recuperamos la visión a color dos veces en nuestra historia evolutiva y
esto fue posible gracias a ciertas hembras afortunadas y a una secuencia
parásita de nuestro ADN.
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La visión a color, la visión tricrómica
La belleza y diversidad de colores de las aves es algo bien conocido, y se
desviven luciéndolos para buscar una pareja. Las serpientes, camaleones, y
lagartijas son reptiles coloridos; las ranas y salamandras son anfibios que
presentan también muchas tonalidades. Los peces tropicales nos atraen
tanto con sus brillos y colores que les hacemos acuarios para poder
observarlos aunque estemos a miles de kilómetros del mar o de los ríos
de de los que son originarios.
Los mamíferos solemos ser monocromáticos, en un lado y en el otro
del mundo solemos ser de un solo color. Los elefantes son grises, los
leones amarillo pálido, los osos blancos o cafés o negros o grises o
amarillos. En los tigres, los gatos, las hienas y las cebras se suman al
color las rayas blancas y negras o los jaspeados. Esto probablemente se
debe a que la mayoría de los mamíferos son daltónicos, a diferencia de
las aves, los peces y los reptiles que con su cerebro logran concebir
colores que nosotros no conocemos. El resto de los mamíferos no ve toda
la gama de colores que vemos nosotros. Nuestras retinas tienen células
especializadas que perciben los colores, pero a diferencia de las células
que perciben los olores, no tenemos una especial para cada color que
existe. En la retina, la capa de tejido que rellena nuestro ojo, tenemos tres
tipos de estas células llamadas conos, que reconocen el azul, el verde y
el rojo. Con la combinación de estos colores formamos toda la gama de
colores que observamos. La mayoría de los mamíferos sólo tienen dos
tipos de conos en su retina, por lo que la combinación de colores que
logran es bastante menor.
Hay otro tipo de células que existen en nuestra retina y en la de
cualquier otro vertebrado, los bastones. Estas células están especializadas
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en percibir la luz y son prácticamente las únicas que usamos cuando
estamos en lugares muy oscuros. No juegan un papel en la visión a color,
por lo que no hablaré de ellas.
Las partículas de luz, o fotones, se mueven asociadas a ondas.
Dependiendo del tamaño de la onda, se verán de distinto color, pero hay
mucho camino entre una partícula que llega a nuestro ojo y lo que
nosotros interpretamos como color. Cuando un fotón entra por nuestra
retina, dependiendo del tamaño de su onda, activa una de tres posibles
proteínas llamadas opsinas que se encuentran dentro de los conos. Hay
una opsina para el verde, una para el rojo y una para el azul. Si la
longitud de onda es amplia, el fotón activará la opsina del rojo y hará que
el cono en el que se encuentra mande una señal al cerebro informando
que está recibiendo ese tipo de luz. Si la longitud de onda es corta, el
fotón activará la opsina del azul. Cuando vemos colores que no son
exactamente azul, verde y rojo, significa que los fotones que recibimos
están activando a más de un tipo de opsina, los morados activan la del
rojo y la del azul, los amarillos la del rojo y la del verde, los azul pálido
la del verde y la del azul, y así con sus diferentes combinaciones
logramos observar todos los colores que conocemos. Curiosamente las
pantallas de las computadoras, televisiones y teléfonos, funcionan de la
misma manera y con la misma combinación de colores (“Una pantalla en
la retina” de Adriana Pliego).
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El sistema cromático de rojo, azul y verde y sus posibles combinaciones. En el caso de la
formación de imágenes en nuestras retinas, las transiciones de un color a otro, por
ejemplo de rojo a amarillo, son mucho más continuas de lo que se ve en esta imagen y
dan varias tonalidades de naranja, café y ocre.
Las ventajas de la visión a color
No todos los mamíferos son daltónicos. Marsupiales australianos como los
ualabís, el falangero mielero o los ratones marsupiales también pueden ver
a color, pero probablemente nunca perdieron esta capacidad. Es decir,
mantuvieron la herencia de los ancestros compartidos con las aves y los
reptiles. La visión tricrómica se perdió en el resto de los mamíferos
después de que los marsupiales abandonaran nuestro camino evolutivo; es
decir, el ancestro común entre los marsupiales y nosotros veía con la
visión a color completa que conocemos, y después algún grupo de esta
población fue divergiendo hasta dar lugar a otra especie que mantuvo la
visión tricrómica y que sería el ancestro de los marsupiales. El resto del
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grupo perdió uno de los genes de las opsinas antes de divergir hacia el
resto de las especies de mamíferos.
Algunos de los primates recuperamos la visión a color perdida por
nuestros ancestros dos veces de manera distinta, y le hemos sacado
mucho provecho. Aunque la piel humana no tenga muchos colores, hemos
llenado nuestra vida de ellos con nuestra ropa, nuestras casas, los
buscamos en la comida, nuestras decoraciones y nuestro arte. Tampoco
somos los únicos primates que buscamos y usamos el color. Charles
Darwin en su libro, El origen del hombre y la selección en relación al sexo,
escribe “En toda la clase de los mamíferos, ningún otro miembro esta
coloreado de una manera tan extraordinaria como el mandril macho adulto
(C. mormon). Al llegar a esa edad su cara se torna de un azul fino,
mientras la cresta y la punta de la nariz son del rojo más brillante.”
Un mandril macho adulto posee diversos y brillantes colores, los cuales dan fe de su
dominancia dentro del grupo en el que vive. Foto de Robert Young.
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Que nuestros ancestros lograrán tener visión a color en algún momento
no fue suficiente para que se mantuviera, debía de representar alguna
ventaja tenerla. La hipótesis más aceptada es que ayudó a obtener más y
mejor comida. La dieta de nuestros ancestros incluía una enorme variedad
de frutos que cambian de color notoriamente cuando se encuentran
maduros y en su mejor momento para ser consumidos; también, en el
caso de las plantas de las que se alimentaban, los primeros brotes de las
hojas tiernas son de un verde más claro y brillante e incluso llegan a
tener tonalidades rojas. Poder diferenciar los colores de una manera
mucho más eficiente que la de nuestros parientes daltónicos, supuso una
gran ventaja para nuestros ancestros.
El resto de los mamíferos tienen una visión dicrómica. Esto lo
sabemos porque el análisis de sus genes muestra sólo una o dos opsinas,
con las cuales les es imposible apreciar la gama de colores que vemos
nosotros. El mismo tipo de análisis revela que las aves, reptiles y anfibios
tienen tres o más opsinas, por lo que observan colores que nosotros no
conocemos, ni tenemos nombres para ellos. Al juntar esta información con
la historia evolutiva de los animales sabemos que el ancestro común de
todos los mamíferos tenía una visión tricrómica que les heredó a los
marsupiales. Y a partir de aquí hay dos posibles historias. La primera es
imaginar que nosotros los primates también heredamos ese mismo tipo de
visión, la que comparten los marsupiales con los anfibios. El problema con
esta historia es que tendríamos que asumir que el resto de las 4,948
especies de mamíferos que tienen visión dicrómica, la perdieron
independientemente. Es decir, que hubo 4,948 cambios evolutivos
independientes y que todos terminaron de la misma manera, con la
pérdida de una opsina.
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La segunda historia supone que después de que los marsupiales
abandonaran nuestro camino evolutivo, el ancestro común al resto de los
mamíferos perdió la visión a color, probablemente debido a que era un
animal nocturno que se refugiaba en cuevas y otros agujeros. A partir de
ahí hubo dos cambios evolutivos que le regresaron la visión a color a los
primates. Tanto el sentido común, que los científicos llaman navaja de
Occam, como los análisis genéticos que se han hecho en las especies con
visión a color, apuntan a que esta historia es la que tiene una mayor
probabilidad de haber sucedido. A continuación la lujuria del detalle.
Hembras con ventaja y polimorfismos
El mono aullador pertenece al grupo de primates llamado monos del
nuevo mundo o platirrinos. Son llamados así porque el grupo abarca cinco
familias de monos que se encuentran en América. Este grupo de monos
también se distingue por otra característica. Dentro de su ADN se
encuentran los genes que codifican para los tres tipos de opsinas que dan
la visión tricrómica. ¿Por qué el mono aullador es la única especie de los
platirrinos que tiene una visión a color como la nuestra? Es sencillo,
porque fue la única especie que en la que los tres genes funcionan al
mismo tiempo en su genoma y en todos los individuos. Todos los monos
del nuevo mundo poseen el gen para la opsina que responde a la luz
azul; sin embargo los genes para ver el rojo y el verde se dividen entre
los individuos; es decir, habrá algunos monos que puedan ver el azul y el
verde pero no el rojo; y habrá otros que puedan ver el azul y el rojo pero
no podrán ver el verde. Todos estos monos poseen una variante de
daltonismo, a excepción de los micos nocturnos que sólo ven en azul.
Pero entre los ancestros del mono aullador hubo algunas hembras
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afortunadas que podían ver con los tres colores; gracias a ellas los monos
aulladores pudieron unir los tres genes dentro de un mismo genoma
La existencia simultánea de dos o más versiones de un gen dentro
de una población es llamada polimorfismo. Los genes que dan la
percepción del verde y del rojo son un polimorfismo en los monos del
nuevo mundo. A diferencia del gen para la percepción del azul, que se
localiza dentro de uno de los cromosomas que se heredan en pares o
autosomas, los genes para ver el verde y el rojo se encuentran en el
cromosoma sexual X.
La asignación del sexo en todos los primates es igual que en los
humanos: las hembras tienen cromosomas XX y los machos XY. Hay un
sitio especial en los cromosomas X de los platirrinos donde se acomoda
un gen para el verde u otro para el rojo, pero no caben ambos. Las
hembras al recibir dos copias de este cromosoma, pueden ser lo
suficientemente afortunadas como para obtener un cromosoma con un gen
para la opsina verde y otro con un gen para la opsina roja. Estas
hembras, a diferencia del resto de los miembros de su población, sí
poseen una visión tricrómica, lo cual les da una ventaja para percibir su
entorno, obtener comida y por ello tienen una mayor probabilidad de dejar
descendencia. Este tipo de selección natural es llamada la ventaja del
heterocigoto, que podría entenderse como la ventaja de aquel que posee
las dos versiones del polimorfismo.
Estas hembras fueron de gran importancia para los monos
aulladores, pues la ventaja que tenían les posibilitó conservar el
polimorfismo y que se mantuvieran como ventaja las dos versiones del
gen. Lo único que se necesitaba para ello era una mutación afortunada
que para los monos aulladores llegó a manera de una traslocación; es
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decir, el traslado de un pedazo de genoma de un lugar al otro; en este
caso, del cromosoma X a uno de los autosomas. Fue así que todos los
miembros de la especie de los monos aulladores lograron obtener los tres
genes necesarios para tener una visión tricrómica.
Agustín B. Ávila C.
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Parásitos genómicos y duplicación de genes
Los monos del viejo mundo --el grupo que abarca a los babuinos,
mandriles, macacos, y langures entre otros-- y el grupo de los simios --los
gorilas, gibones, bonobos, orangutanes, chimpancés y humanos-- tuvieron
que recuperar la visión a color de una manera muy distinta. Para empezar
no tenían un polimorfismo, todos nuestros antepasados eran daltónicos.
Había que desarrollar nuevamente un tercer gen para obtener la
percepción de tres colores. Es aquí donde, irónicamente, unos parásitos
llegaron en nuestra ayuda.
Nuestro genoma, así como el del resto de los primates, contiene
secuencias pequeñas de ADN llamadas Alu. Estas secuencias son de
aproximadamente 300 letras (el genoma humano, en comparación, contiene
más de tres millones de letras) y funcionan como elementos trasponibles.
Es decir, estas secuencias Alu consiguen hacer copias de ellas mismas e
insertar su copia en un lugar nuevo del genoma. Estas secuencias no
cumplen ninguna función dentro de nuestro genoma, solamente se van
replicando y aumentando en número, podría decirse que incrementan su
descendencia dentro de nuestro genoma y por este comportamiento son
consideradas parásitas. Actualmente ocupan cerca del 10% de nuestro
ADN.
¿Cómo es que estas parásitas nos ayudaron? Un elemento Alu de
nuestros ancestros, hace cerca de 40 millones de años, intentó replicarse
a sí mismo y por error terminó copiando una sección mucho más grande
que sus 300 letras. Esta sección, dentro del cromosoma X, contenía un
gen que codificaba a una opsina. Además del gen para la visión en azul,
nuestro ancestro obtuvo dos copias en serie del gen para la misma
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opsina. Era sólo cuestión de tiempo que una divergiera para reconocer el
rojo y otra para reconocer el verde.
Los caminos de la evolución son diversos. A veces irá de lado, hacia
atrás, repetirá pasos anteriores y en algunas ocasiones sólo repetirá lo
que ya había formado. Y todo esto seguirá siendo sorprendente.
Bibliografía
1. Richard Dawkins, The Ancestor’s tale. A Pilgrimage to the Dawn of Life,
Houghton Mifflin, Boston, 2004.
Agustín B. Ávila C.
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2. Gerald H. Jacobs, “Evolution of colour vision in mammals”, Phil. Trans. R.
Soc. B 2009 364, doi: 10.1098/rstb.2009.0039, publicado 31 de agosto
2009.
3. Kanwaljit S. Dulai, Miranda von Dornum, John D. Mollon, et al., “The
Evolution of Trichromatic Color Vision by Opsin Gene Duplication in New
World and Old World Primates”, Genome Res, 1999, 9: 629-638.
