Las polillas usan el «gen disco» para ajustar sus ciclos diurnos y nocturnos
Este gen regulador del sueño podría ser la razón por la que dos especies similares de polilla vuelan en diferentes momentos del día.
Por Jerald Pinson
Yash Sondhi buscaba diferencias en la visión de los colores entre dos polillas estrechamente emparentadas, una de las cuales es activa de noche y la otra, de día. En su lugar, encontró diferencias en la forma de medir el tiempo. Crédito: Jeremy Squire
¿Cómo se convierte una especie en dos? Si tú eres biólogo, esta es una pregunta capciosa. El consenso es que, en la mayoría de los casos, el proceso de especiación se produce cuando los individuos de una misma población quedan geográficamente aislados. Si permanecen separados el tiempo suficiente, pierden la capacidad de cruzarse.
Un nuevo estudio publicado en la revista Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences demuestra lo que ocurre cuando se produce una forma menos común de especiación. En lugar de estar separados por una barrera física, como una cordillera o un océano, los miembros de una especie pueden separarse literalmente en el tiempo.
Los investigadores se centraron en dos especies de polillas estrechamente relacionadas con rangos superpuestos en el sureste de los Estados Unidos.
Volar de noche, volar de día
"Estos dos polillas son muy similares —asegura el autor principal del estudio Yash Sondhi, quien realizó la investigación mientras trabajaba en la Universidad Internacional de Florida y más tarde, en el Museo de Historia Natural de Florida. Y añade—: Se han diferenciado a lo largo de este eje, que es cuándo salen a volar».
Las polillas rosadas del arce, del género Dryocampa, parecen lo que Roald Dahl pintaría en un sueño febril. Llevan una espesa melena de león sobre la cabeza y el abdomen, y sus vibrantes escamas son del color del caramelo de fresa y plátano. Tanto los machos como las hembras de la polilla rosada vuelan exclusivamente de noche.
Sin embargo, las polillas rosadas del roble, que pertenecen al género Anisota, son menos llamativas, con sutiles gradaciones de ocre, ámbar y marga. Mientras que las hembras de esta especie son activas al atardecer y a primera hora de la noche, los machos prefieren volar durante el día.
A la izquierda, polilla del género Dryocampa, de hábitos nocturnos. A la derecha, polilla del género Anisota. Mientras que las hembras de este género son activas al atardecer y a primera hora de la noche, los machos prefieren volar durante el día. Cortesía: Florida Museum of Natural History
Sondhi sabía por investigaciones anteriores que estos dos grupos, Dryocampa y Anisota, se originaron a partir de una única especie hace aproximadamente 3,8 millones de años, lo que es relativamente reciente en escalas de tiempo evolutivas. Hay un puñado de especies del género Anisota, todas ellas activas durante el día. Las polillas rosadas del arce, de hábitos nocturnos, son las únicas especies del género Dryocampa: Dryocampa rubicunda.
Sondhi es especialista en la biología de la visión de los insectos, y vio a la pareja de polillas como la oportunidad perfecta para explorar cómo evoluciona la visión cuando una especie cambia su patrón de actividad.
Pero las cosas no salieron según lo planeado.
«Comencé buscando diferencias en la visión del color. En cambio, encontramos diferencias en sus genes reloj, lo que en retrospectiva tiene sentido", dijo Sondhi.
Todos los organismos tienen algún tipo de mecanismo de cronometraje
Los genes reloj controlan los ritmos circadianos —aquellos que con un período de 22 a 28 horas permiten a los organismos adaptarse a la naturaleza periódica del ambiente y anticiparse al ciclo externo de luz-oscuridad— de las plantas y los animales. El flujo y reflujo de las proteínas que crean hace que las células se activen o permanezcan inactivas durante un período de aproximadamente veinticuatro horas. Afectan a todo, desde el metabolismo y el crecimiento celular hasta la presión arterial y la temperatura corporal.
Para cualquier organismo que invierta su patrón de actividad, está prácticamente garantizada la participación de dichos genes reloj. «Es un sistema que se ha conservado en todo, desde las moscas de la fruta hasta los mamíferos y las plantas. Todos los organismos tienen algún tipo de mecanismo de cronometraje», afirma Sondhi.
Sondhi comparó los transcriptomas de las dos polillas. A diferencia de los genomas, que contienen la totalidad del ADN de un organismo, los transcriptomas solo incluyen el subconjunto de material genético que se utiliza activamente para fabricar proteínas. Esto los hace útiles para explorar las diferencias en los niveles de proteínas a lo largo del día.
Visión vs. olfato
Como era de esperar, Sondhi encontró una serie de genes que se expresaban en diferentes cantidades en las dos especies de polillas. Las polillas nocturnas del arce rosado invirtieron más energía en su sentido del olfato, mientras que la polilla rosada del roble, que volaba durante el día, produjo más genes asociados con la visión.
Sin embargo, no hubo diferencias en los genes que confieren la capacidad de ver el color. Eso no significa necesariamente que su visión del color sea idéntica, pero si existen diferencias, es probable que estén en el nivel de sintonía y sensibilidad y no en la estructura de los genes en sí misma.
Hubo un gen adicional que destacó: el conocido como disconnected o disco. Este se expresaba a distintos niveles durante el día y la noche en ambas especies de polilla. En la mosca de la fruta, se sabe que el gen disco influye indirectamente en los ritmos circadianos a través de la producción de neuronas que transmiten las enzimas del reloj del cerebro al cuerpo.
La evolución, en vivo y en directo
El gen disco hallado por Sondhi en sus muestras de polillas era el doble de grande que el de la mosca de la fruta y tenía dedos de zinc adicionales, es decir, partes activas de un gen que interactúa directamente con el ADN, el ARN y las proteínas. Parecía probable que los cambios en el gen disco fueran, al menos en parte, responsables del cambio al vuelo nocturno en las polillas rosadas del arce.
Cuando comparó el gen disco de las polillas rosadas del arce con el de las del roble, Sondhi halló veintitrés mutaciones que diferenciaban a cada uno de ellas. Las mutaciones se encontraban también en partes activas del gen, lo que significa que probablemente contribuyen a las diferencias físicas observables entre las polillas. Sondhi estaba observando la evolución en acción.
«Si se confirma funcionalmente, será un ejemplo concreto del mecanismo de especiación a nivel molecular, algo poco frecuente», afirma este experto.
Como su nombre lo indica, las polillas rosadas del arce a menudo usan esta especie de árbol como planta hospedera. Sus orugas pueden ser tan numerosas y voraces que a veces arrancan las hojas de un árbol. Crédito: Jeremy Escudero
El estudio también supone un impulso importante para comprender mejor las diversas formas en que la vida se sostiene y propaga. Cuando la genética se convirtió en un campo de estudio, los investigadores centraron la mayor parte de sus esfuerzos en unas pocas especies representativas, como las moscas de la fruta (Drosophila melanogaster) y los ratones de laboratorio.
Esto se hizo principalmente por conveniencia, pero limita lo que sabemos sobre los patrones biológicos generales. Al igual que un ser humano no es un ratón de laboratorio, una polilla no es una mosca de la fruta.
«A medida que las especies sigan disminuyendo debido al cambio climático y otros cambios antropogénicos, tendremos que modificar genéticamente un mayor número de las que queden para que toleren la sequía, por ejemplo, o para que sean activas en regímenes poco contaminados —explica Sondhi. Y concluye—: Para hacerlo de forma coherente, es crucial disponer de un conjunto más amplio de genes caracterizados funcionalmente en todos los organismos. No podemos limitarnos a la Drosophila». ▪️
Información facilitada por el Museo de Historia Natural de Florida -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones
Fuente: Yash Sondhi et al. Day–night gene expression reveals circadian gene disco as a candidate for diel-niche evolution in moths. Proceedings of the Royal Society B Biological Sciences (2024). DOI: https://doi.org/10.1098/rspb.2024.0591
