Treinta veces mayor que el del ser humano: secuenciado el mayor genoma de todo el reino animal

Y ahora, otro equipo internacional de investigadores, esta vez dirigido por el biólogo alemán Axel Meyer, de la Universidad de Würzburg, acaba de publicar en 'Nature' otro genoma extraordinario, uno que no pertenece al reino de las plantas, donde los genomas de gran tamaño son relativamente abundantes, sino al reino animal, en el que las cargas genéticas suelen ser mucho más modestas.

El genoma en cuestión, formado por 90.000 millones de pares de bases (treinta veces el tamaño del humano) es el mayor hallado hasta ahora para un animal, y pertenece a un pez pulmonado, una extraña criatura que se considera la más cercana a los antiguos tetrápodos, los primeros vertebrados que, hace más de 350 millones de años, abandonaron los mares para vivir por primera vez en tierra firme.

Regresemos por un momento a ese lejano periodo de nuestra historia. Estamos en el Devónico, hace entre 420 y 360 millones de años, en una zona marina poco profunda y muy cercana a la orilla, donde está a punto de suceder algo que cambiará para siempre la historia de la vida en la Tierra: un raro tipo de pez utiliza sus dos poderosas aletas pectorales para salir del agua, hacia la tierra, moviendo espasmódicamente su cuerpo por la superficie fangosa de la orilla. El pez no tiene prisa por regresar al mar, porque tiene pulmones y puede respirar con facilidad fuera del agua.

Es la primera vez que un vertebrado se aventura a salir del mar que lo vio nacer, dando lugar a uno de los eventos más importantes de la historia evolutiva del planeta. Porque todos los vertebrados terrestres posteriores, o tetrápodos, se remontan a ese pez. Y eso no solo abarca a anfibios y reptiles, sino también a los mamíferos, incluído el ser humano. Sin embargo, hay una pregunta que los científicos aún no han conseguido responder: ¿por qué los peces de este linaje de aletas lobuladas estaban tan bien preparados para conquistar la tierra firme?

En busca de una respuesta, Meyer y sus colegas analizaron el material genético de los parientes vivos más cercanos de aquél lejano antepasado del Devónico, los tres linajes de peces pulmonados que aún existen en África, América del Sur y Australia. Como si se tratara de criaturas olvidadas por la evolución, estos antiguos 'fósiles vivientes' aún se parecen mucho a sus lejanos antepasados.

Ya se sabía que los genomas de los peces pulmonados son grandes, pero hasta ahora no estaba claro lo enormes que podían llegar a ser. Por eso, por su gran tamaño, el trabajo de secuenciación de sus genomas fue largo, laborioso y muy complicado, tanto desde el punto de vista técnico como del informático. Pero en su artículo, Meyer y su equipo explican cómo consiguieron, por primera vez, la secuencia completa del genoma del pez pulmonado sudamericano, así como el de un miembro del linaje africano. Antes, el mismo equipo ya había conseguido la mayor secuencia disponible hasta ahora del pez pulmonado australiano, aunque no su genoma completo.

De las tres variantes, el material genético del pez pulmonado sudamericano es el que ha batido todos los récords de tamaño: con sus 90.000 millones de pares de bases, en efecto, el ADN de esta especie en concreto es el mayor de todos los genomas animales secuenciados hasta ahora, y más del doble de grande que el del anterior poseedor del récord, el pez pulmonado australiano. Baste decir que 18 de los 19 cromosomas de los que consta el linaje sudamericano son, cada uno, «más grande que todo el genoma humano con sus casi 3.000 millones de bases», afirma Meyer.

Según el estudio, los responsables de este tamaño desmesurado son los llamados «transposones autónomos», secuencias de ADN que se replican y luego cambian su posición en el genoma, lo que hace que el genoma crezca. Aunque esto también ocurre en otros organismos, los análisis de los investigadores mostraron que la tasa de expansión del genoma del pez pulmonado sudamericano es, con diferencia, la más rápida nunca registrada.

Hace 'sólo' 10 millones de años, en efecto, su genoma ya había crecido hasta alcanzar el tamaño de todo el genoma humano, multiplicándose desde entonces por 30 y, en palabras de Meyer, «creciendo aún en la actualidad. Hemos encontrado evidencia de que los transposones responsables todavía están activos». Al mismo tiempo, Meyer y su equipo también comprobaron que el genoma de este pez contiene una cantidad muy baja de ARNpi, un tipo de ARN que forma parte de un mecanismo molecular que normalmente silencia los transposones.

Dado que los transposones se replican y saltan de un lado a otro en el genoma, lo hacen crecer con el tiempo, aunque pueden alterar y desestabilizar en gran medida el material genético de un organismo. Lo cual, sin embargo, no siempre resulta perjudicial y puede llegar a ser, incluso, un importante impulsor de la evolución, ya que estos 'genes saltarines', al alterar las funciones de los genes, dan lugar a veces a importantes innovaciones evolutivas.

De hecho, los autores del estudio no hallaron correlación alguna entre el enorme excedente de transposones y la inestabilidad del genoma. Al contrario, el genoma del pez pulmonado es inesperadamente estable y la disposición genética es sorprendentemente conservadora. Características que permitieron a Meyer y a su equipo reconstruir la arquitectura original del conjunto de cromosomas (cariotipo) del tetrápodo ancestral a partir de secuencias de las especies de peces pulmonados que aún viven en la actualidad.

Además, la comparación de los genomas de las tres diferentes familias de peces pulmonados actuales permitió a los investigadores sacar conclusiones sobre la base genética de las diferencias entre sus linajes. El pez pulmonado australiano, por ejemplo, todavía tiene las aletas en forma de extremidades, como las que una vez permitieron a sus lejanos parientes salir del agua y moverse por tierra. En otras especies actuales de peces pulmonados de África y América del Sur estas aletas, que son similares en estructura ósea a nuestros brazos, evolucionaron nuevamente hasta convertirse en aletas filamentosas durante los últimos 100 millones de años aproximadamente. «En nuestra investigación -explica Meyer-, también hicimos experimentos con ratones transgénicos CRISPR-Cas para demostrar que esta simplificación de las aletas es atribuible a un cambio en lo que se conoce como la vía de señalización Shh».

Durante el desarrollo embrionario de los ratones, por ejemplo, la vía de señalización Shh controla, entre otras cosas, el número y el desarrollo de los dedos. Los resultados de la investigación, por lo tanto, proporcionan pruebas adicionales del vínculo evolutivo entre las aletas radiadas de los peces óseos y los dedos de los vertebrados terrestres. Y ya que ahora los científicos tienen a su disposición las secuencias completas del genoma de todas las familias actuales de peces pulmonados, será posible llevar a cabo nuevos estudios genómicos comparativos para obtener más información sobre cómo fueron exactamente los ancestros de todos vertebrados terrestres, y cómo consiguieron llegar, y conquistar, la tierra que hoy pisamos.