16 de mayo de 2018
16.05.2018

Los genes para digerir insectos, presentes en la mayoría de los genomas de mamíferos

Cualquier animal tiene restos en sus genomas de una época en que los mamíferos eran pequeños

16.05.2018 | 20:51
Recreación de dinosaurios.

Basado en un análisis de los genomas de 107 especies diferentes de mamíferos, científicos de la Universidad de California, Berkeley, en Estados Unidos, concluyen que los antepasados humanos distantes -pequeñas criaturas peludas que corrieron alrededor de los pies de los dinosaurios hace 66 millones de años- eran en su mayoría comedores de insectos.

Los científicos dedujeron esto porque los genes para las enzimas que permitieron a estos ancestros primitivos de todos los mamíferos digerir insectos todavía están presentes en casi todos los genomas de mamíferos en la actualidad. Incluso animales como tigres y focas, que nunca tocarían un insecto, tienen piezas no funcionales de estos genes en sus cromosomas, traicionando la dieta de sus ancestros antiguos.

Según dice el becario postdoctoral Christopher Emerling, cualquier animal, en general, tiene restos en sus genomas de una época en que los mamíferos eran pequeños, probablemente insectívoros y que vivían cuando los dinosaurios todavía vagaban por la Tierra. "Es una firma en tu genoma lo que dice que hace mucho tiempo no eras el grupo dominante de organismos en la Tierra. Al observar nuestros genomas, miramos este pasado ancestral y un estilo de vida con el que ni siquiera vivimos ya", añade.

La evidencia genética corrobora independientemente las conclusiones a las que llegaron los paleontólogos años atrás en función de las formas de los fósiles y los dientes de los primeros mamíferos. "En esencia, estamos mirando los genomas y están contando la misma historia que los fósiles: que creemos que estos animales eran insectívoros y luego los dinosaurios se extinguieron. Después de la desaparición de estos grandes reptiles carnívoros y herbívoros, los mamíferos comenzaron a cambiar sus dietas", dice este experto.

El hallazgo podría arrojar luz sobre otras funciones desempeñadas por estas enzimas, llamadas quitinasas, que se encuentran no solo en el intestino sino también en las glándulas salivales, el páncreas y los pulmones, donde pueden estar involucradas en el asma.

Emerling y sus colegas Michael Nachman, profesor de Biología Integrativa y director del Museo de Zoología de Vertebrados de la Universidad de Berkeley, en Estados Unidos, y Frédéric Delsuc, del Centro Nacional Francés de Investigación Científica (CNRS) y la Universidad de Montpellier en Francia, informan sobre sus hallazgos en la edición digital de este miércoles en la revista 'Science Advances'. Emerling es actualmente investigador postdoctoral en Montpellier que trabaja en el proyecto ConvergeAnt.

Muchas bacterias tienen genes que producen una enzima que descompone las cáscaras externas duras de los insectos, que están compuestas por un carbohidrato fuerte llamado quitina. No es sorprendente que los humanos y los ratones tengan un gen de quitinasa. Al igual que los ratones, muchos humanos incluyen insectos en sus dietas en la actualidad.

Pero los humanos en realidad tienen remanentes de otros tres genes de quitinasa en su genoma, aunque ninguno de ellos es funcional. Emerling demostró que estos restos genéticos en humanos no son exclusivos de humanos o primates, sino que se pueden rastrear hasta los mamíferos placentarios ancestrales.

En total, él y sus colegas encontraron cinco genes diferentes de la enzima quitinasa mirando a través de los genomas del grupo más grande de mamíferos, aquellos que tienen placentas que permiten un desarrollo más prolongado en el útero, que excluye marsupiales como zarigüeyas y monotremas que ponen huevos como el ornitorrinco. Estos mamíferos placentarios iban desde musarañas y ratones hasta elefantes y ballenas.

Descubrieron que cuanto mayor es el porcentaje de insectos en la dieta de un animal, más genes tiene para la quitinasa. "Las únicas especies que tienen cinco quitinasas hoy en día son altamente insectívoras, es decir, del 80 al 100 por ciento de su dieta consiste en insectos. Dado que los mamíferos placentarios más tempranos probablemente tenían cinco quitinasas, creemos que esto constituye un fuerte argumento de que eran altamente insectívoros", dice Emerling.

Como era de esperar, los especialistas en hormigas y termitas, como los cerdos hormigueros y ciertos armadillos, tienen cinco genes de quitinasa en funcionamiento; pero también los poseen los primates amantes de los insectos llamados tarseros. Parecen ser los únicos primates que tienen tantos genes funcionales de quitinasa, según Emerling.

La historia que revelan estos genes de quitinasa es una sobre los primeros mamíferos que se agachan para comer insectos, mientras que los peces gordos, los enormes dinosaurios herbívoros como el brontosaurio y los grandes carnívoros como el 'T. Rex' devoraban los recursos alimenticios más abundantes. Hace solo 66 millones de años al final del Periodo Cretácico, cuando murieron todos los dinosaurios no pertenecientes a las aves, los mamíferos fueron capaces de expandirse a otros nichos, lo cual hicieron rápidamente.

Los primeros mamíferos carnívoros y herbívoros, según lo indicado por sus dientes, surgieron a los 10 millones de años de la desaparición de los dinosaurios. Emerson estaba interesado en qué genomas de mamíferos podrían decirnos sobre esa transición de insectívoro a herbívoro y carnívoro desde la última extinción masiva.

Se centra principalmente en animales extraños que comen insectos, incluyendo osos hormigueros y armadillos, el oso hormiguero no relacionado y el pangolín distante relacionado. Al explorar cómo estos animales son capaces de digerir los insectos, decidió observar las quitinasas, cuyo papel en los mamíferos todavía no se conoce del todo. No se sabe, por ejemplo, si las enzimas permiten a los animales descomponer la quitina en sus azúcares componentes y usarlos como energía, o si la única función de las quitinasas es romper el exoesqueleto para permitir el acceso a los interiores blandos de los insectos.

Usando bases de datos de los genomas animales, más genomas secuenciados de armadillos y un oso hormiguero menor (tamandua) obtenidos por colegas en el Instituto Broad del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la Universidad de Harvard, buscó genes similares al conocido gen de quitinasa y sacó a la luz hasta cuatro nuevas variedades.

Teniendo en cuenta lo que se conoce sobre los genes de quitinasa en bacterias y otros animales, fue capaz de deducir qué genes son funcionales y cuáles no, y sacar conclusiones sobre los tejidos en los que se expresan los genes y la enzima activa.

Entre las sorpresas está el hecho de que el pangolín especialista en comer insectos tiene un solo gen de quitinasa funcional, en contraste con los cinco en el oso hormiguero y cuatro en el oso hormiguero menor. Todos comen hormigas y termitas exclusivamente, pero los pangolines posiblemente evolucionaron de carnívoros que perdieron sus genes de quitinasa poco después de tomar el nicho ecológico abierto cuando los dinosaurios carnívoros murieron.

El bisonte, los gibones y el dromedario tienen solo una quitinasa funcional, mientras los tigres, los rinocerontes y los osos polares no tienen ninguno. Emmerling tiene muchas otras preguntas que él cree que las quitinasas pueden responder sobre la evolución y fisiología de los mamíferos.

"Esto sugiere que hay muchas de estas enzimas que podrían ayudar a los organismos a digerir sus alimentos. Esto pasa de ser una simple curiosidad (los seres humanos tienen una quitinasa) a ser algo que nos puede ayudar a comprender cómo los diferentes animales se han adaptado a sus dietas especializadas", concluye.

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