La evolución de moscas de la fruta a “moscas de la oscuridad”, en un experimento

1.500 generaciones después, estos insectos han sufrido cambios genéticos que les permiten adaptarse a la vida en la oscuridad.

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El 11 de noviembre de 1954, el investigador Syuiti Mori apagó las luces de su laboratorio a un pequeño grupo de moscas de la fruta (Drosophila melanogaster). Desde entonces, se mantuvieron en constante oscuridad. 62 años después, los descendientes de esos insectos están perfectamente adaptados a la vida sin luz. La variedad, conocida como «moscas de la oscuridad», se las arregla mucho mejor que sus primos silvestres cuando viven juntos a oscuras. Esta diferencia competitiva ha permitido a un equipo de investigadores japoneses identificar las regiones genómicas que contribuyen a la adaptación de esta mosca a la penumbra.

El experimento de la mosca de la oscuridad es el más largo sobre la evolución en el que los científicos siguen una población a lo largo de muchas generaciones. También es el primero que analiza la evolución del genoma en un organismo multicelular adaptado a una condición definida en laboratorio.

Para mantenerlas lejos de la luz, las moscas se criaron en viales guardados en una vasija grande con el interior pintado de negro y cubierta con una tela. Cuando los viales y los alimentos debían ser cambiados, los investigadores mantenían a las moscas en la oscuridad total, y utilizaban una luz roja débil para comprobar su trabajo. Las moscas de la fruta no pueden ver esta luz, porque la especie carece de las proteínas receptoras de luz que absorben longitudes de onda roja.

Cuando se retiró Mori, pasó sus preciosas poblaciones de moscas a sus colegas de la Universidad de Kyoto, que las han mantenido de forma continua sin luz hasta nuestros días, durante más de 1.500 generaciones. En términos humanos, eso sería como mantener generaciones de nuestros antepasados en la oscuridad durante 30.000 años.

Las actuales moscas de la oscuridad parecen casi idénticas a las D. melanogaster normales, pero hay sutiles diferncias. Por ejemplo, los individuos muestran más movimiento en respuesta a una exposición repentina a la luz, incluso después de pasar una generación en los ciclos normales de día-noche. También son más sensibles a ciertos olores y tienen cerdas más largas en la cabeza, que son órganos sensoriales con una utilidad similar a la de los bigotes de un gato. De igual forma, esta variedad produce más descendencia cuando se mantiene en la oscuridad constante que en los ciclos alternos de luz-oscuridad.

Ventaja en la reproducción

Los investigadores también compararon el comportamiento de las moscas de la oscuridad con sus compañeras silvestres. Al hacerlas convivir en un ambiente en penumbra, lo que les permitía aparearse al azar, vieron que las de la oscuridad tienen una ventaja competitiva en la reproducción, posiblemente debido a diferencias en la señalización de feromonas cuando las moscas seleccionan a sus compañeras o por los ritmos circadianos alterados de los comportamientos de acoplamiento o de sueño.

Para conocer qué genes son responsables en la adaptación a la oscuridad, los investigadores iniciaron un nuevo experimento. Primero criaron moscas de la oscuridad y normales en colonias mixtas, permitiendo que los dos tipos se cruzaran libremente durante 49 generaciones. Estas colonias se mantuvieron en constante oscuridad y se compararon con las colonias de control con ciclos normales de luz-oscuridad de 24 horas.

Con cada generación, las moscas que produjeron la mayor descendencia contribuyeron con más genes a la colonia en su conjunto. A medida que los genomas de los dos tipos de mosca se mezclaban, los genes responsables de las adaptaciones únicas de las moscas de la oscuridad deberían ser más comunes en la colonia mantenida a oscuras. Para encontrar esos genes, el equipo secuenció el genoma de las moscas al principio y al final del experimento y buscó variantes genéticas originarias de las moscas de la oscuridad que se hicieran más comunes sólo bajo la falta de luz.

Genes distintivos

Tales variantes se encuentran en 28 regiones del genoma de la mosca de la oscuridad. A partir de estas regiones, los investigadores redujeron el número de candidatos a 84 genes. Entre estos candidatos están los genes probablemente asociados con rasgos de adaptación a la oscuridad, como genes que codifican receptores químicos, genes implicados en la síntesis de feromonas, la formación de recuerdos de olor, y los ritmos circadianos.

«Vamos a tener pronto la posibilidad de probar mi experimento soñado: Utilizar la tecnología de edición del genoma para introducir mutaciones definidas en el tipo silvestre para tratar de reproducir los rasgos de la mosca de la oscuridad. Esto nos daría un perfil molecular preciso de este notable ejemplo de la evolución en el laboratorio», dice el líder del estudio, Naoyuki Fuse, de la Universidad de Kyoto.

Fuente: ABC (Ciencia)

Comparación cabezas (izq: drosophila melanogaster, derech: Dark-Fly):

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ESTUDIO:

Dynamics of Dark-Fly Genome Under Environmental Selections

La adaptación del medio ambiente es una de las características más fundamentales de los organismos. La ciencia del genoma moderna ha identificado algunos genes asociados con rasgos de adaptación de los organismos, y esto tiene consecuencias en la adaptación ambiental y la evolución. Sin embargo, cómo los genes contribuyen a rasgos adaptativos y cómo los rasgos se seleccionan en virtud de un medio ambiente en el curso de la evolución eran poco claros.

Para abordar estas cuestiones, utilizamos la “Dark-Fly”, manteniendo constantemente una línea de la Drosophila melanogaster en condiciones de oscuridad durante más de 60 años.

En nuestro análisis anterior se identificaron 220.000 polimorfismos de nucleótido único (SNP) en el genoma que influye en la Dark-Fly, pero sin precisar qué SNPs de la Dark-Fly era verdaderamente adaptativo para vivir en la oscuridad. Encontramos aquí que la Dark-Fly dominó sobre la marcha de tipo salvaje en una población mixta en condiciones de oscuridad, y en base a esta dominación se diseñó un experimento para la nueva selección de genoma para identificar los genes adaptativos de la Dar-Fly.

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Para este experimento, las grandes poblaciones mixtas de la Dark-Fly y de las moscas de tipo salvaje se mantuvieron en condiciones de luz o en condiciones de oscuridad, y las frecuencias SNPs de la Dark-Fly se compararon entre estas poblaciones a lo largo de todo el genoma. Nosotros por lo tanto detectamos selecciones dependientes de la condición en aproximadamente el 6% del genoma. Además, se observó la trayectoria del curso del tiempo de la frecuencia de SNP en las poblaciones mixtas a través de las generaciones 0, 22 y 49, que dieron lugar a una notable categorización de los SNPs seleccionados en los tres tipos con diferentes combinaciones de selecciones positivas y negativas. Nuestros datos proporcionan una lista de fuertes candidatos, de alrededor de 100 genes, asociados con los rasgos de adaptación de la Dark-Fly.

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