Las serpientes de mar muestran adaptaciones de visión a color

Los diferentes animales ven el mundo de maneras distintas debido a sus estructuras oculares únicas. Esta diversidad se debe principalmente a diferencias en unas proteínas especiales llamadas Opsinas que ayudan a detectar colores. Los primeros ancestros de todos los vertebrados tenían cuatro tipos de estas proteínas que reaccionaban a diferentes longitudes de onda de luz. A lo largo de millones de años, estas opsinas han cambiado significativamente en varios grupos de animales debido a la pérdida y duplicación de los genes que las codifican. Mientras muchos animales han perdido algunas opsinas, ciertos grupos, especialmente los peces, han ganado muchos más tipos a través de eventos de duplicación.

#Sistemas Visuales en Vertebrados

El sistema Visual básico de los vertebrados proviene de un ancestro que tenía cuatro opsinas: Opsina de Longitud de Onda Larga (LWS), Opsina de Longitud de Onda Corta 1 (SWS1), Opsina de Longitud de Onda Corta 2 (SWS2) y Rodopsina 2 (RH2). Los peces, particularmente los teleósteos, han ampliado mucho sus tipos de opsinas, a veces teniendo hasta 38 opsinas diferentes en una sola especie. En contraste, los animales terrestres, conocidos como tetrápodos, han visto solo algunas expansiones en sus genes de opsinas.

Los científicos han estado tratando de entender qué causa esta variación en los números de opsinas. Dos factores principales parecen influir en esto: la estructura del genoma y las presiones ambientales que afectan la supervivencia. Entender cómo estos factores trabajan juntos para crear tal diversidad en la detección de colores sigue siendo una pregunta que los científicos están tratando de responder.

#Investigación sobre la Expansión de Genes de Opsina

Aunque hay mucha información sobre cómo se han expandido los genes de opsina en los peces, hay menos conocimiento sobre cómo surgen nuevas opsinas en los animales terrestres. Algunas teorías sugieren que todas las opsinas en los vertebrados tempranos provienen de duplicaciones de genes o de una única opsina primitiva. En los peces, han aparecido tipos adicionales de opsinas a través de varios mecanismos, incluyendo duplicaciones que ocurrieron dentro de linajes específicos.

Curiosamente, estudios recientes han encontrado que las serpientes acuáticas también muestran cambios en sus genes de opsina. La mayoría de las serpientes típicamente tienen dos opsinas, SWS1 y LWS, debido a la pérdida de algunas opsinas en sus ancestros. Algunas serpientes acuáticas específicas han ganado variantes de la opsina SWS1 que les permiten sentir diferentes longitudes de onda de luz.

#El Propósito Detrás de la Diversidad de Opsinas

Las duplicaciones de genes de opsina pueden traer beneficios a los animales que dependen mucho de la visión. Estas ventajas pueden venir de algunos mecanismos diferentes:

1. Copias aumentadas: Más copias de genes pueden llevar a que se produjan más proteínas, mejorando la sensibilidad visual.
2. Funciones especializadas: Algunos genes duplicados pueden asumir nuevos roles diferentes de su función original.
3. Roles limitados: Algunas copias pueden no ser tan efectivas por sí solas, pero funcionan juntas para cumplir la tarea del gen original.

Una forma importante en que los genes de opsina cambian de función es a través de cambios en cómo absorben la luz, influenciados por sitios específicos en su estructura. Estos sitios clave determinan qué longitudes de onda de luz las proteínas pueden detectar, afectando cómo el animal percibe el color.

#Hallazgos Recientes en Serpientes Acuáticas

Hallazgos recientes revelan que en algunas especies de serpientes acuáticas, los genes de opsina visual se han expandido de maneras inesperadas. Específicamente, los investigadores han descubierto que algunas serpientes, como la serpiente marina de bandas azules, tienen múltiples variantes de la opsina SWS1, cada una respondiendo a diferentes longitudes de onda de luz.

La mayoría de las serpientes han perdido algunas opsinas debido a vivir en entornos más oscuros, lo que hace que las expansiones de la opsina SWS1 en ciertas especies sean particularmente notables. La presencia de múltiples copias de SWS1 indica que estas serpientes pueden haberse adaptado a sus entornos submarinos de maneras que mejoran su visión de colores.

#Objetivos de la Investigación

Esta investigación busca investigar la distribución de opsinas SWS1 en serpientes marinas, analizando cuántas copias están presentes y sus roles en la visión. Al observar la opsina SWS1 en diferentes especies, el estudio quiere ver si estas expansiones de genes llevan a alguna ventaja en la percepción de colores.

#Ensamblaje del Genoma de una Serpiente Marina

Para estudiar la serpiente de mar oliva, los científicos han reunido una gran cantidad de datos de ADN. Los datos se utilizaron para crear un mapa detallado del genoma de la serpiente marina, proporcionando información sobre las estructuras y funciones de los genes.

El proceso de ensamblaje resultó en un genoma relativamente completo, confirmando la presencia de muchos genes esperados en una serpiente. La revisión de calidad mostró que los datos del genoma eran de alta calidad y completitud.

#La Expansión de SWS1 en Serpientes Marinas

Al examinar ocho especies de serpientes marinas, los investigadores pudieron identificar la presencia de genes SWS1. La mayoría de las especies tenía una sola copia, pero la serpiente marina de bandas azules tenía múltiples copias. Este hallazgo sugiere que puede haber variaciones significativas en las capacidades visuales de diferentes especies de serpientes.

Para estimar el número de copias en algunas especies sin un genoma de referencia, los investigadores observaron cuán a menudo aparecían los genes en los datos de ADN. Su método funcionó bien, lo que indica que la serpiente marina de bandas azules tiene varias copias de SWS1.

#Análisis del Gen SWS1

En los genomas analizados, las regiones del gen SWS1 mostraron diferencias que insinuaban la presencia de múltiples copias de genes. Las variaciones eran evidentes en cómo se expresaban los genes. Por ejemplo, en especies con múltiples copias de SWS1, se encontraron diferentes variantes en las retinas, lo que sugiere que estas serpientes pueden poseer capacidades visuales mejoradas en comparación con aquellas con un solo gen SWS1.

#Variación Genética en un Sitio Clave

Los investigadores también miraron un sitio específico en el gen SWS1 que es crucial para determinar cómo la opsina detecta la luz. Encontraron que muchas serpientes tenían dos versiones diferentes de este sitio, apoyando la idea de que realmente hay múltiples copias de SWS1 dentro del grupo.

Al comparar los resultados entre diferentes especies, el estudio mostró que las variaciones en este sitio eran consistentes con la presencia de múltiples genes SWS1 dentro de la población, indicando cambios evolutivos que llevan a funciones potencialmente nuevas.

#La Evolución de las Duplicaciones de SWS1

El estudio sugiere que múltiples duplicaciones del gen SWS1 han ocurrido en serpientes marinas en un corto período de tiempo. Diferentes linajes han ganado nuevas copias mientras que algunos han perdido otras, indicando una evolución dinámica.

Este proceso muestra que las expansiones y pérdidas de genes SWS1 son frecuentes y pueden llevar a importantes cambios en cómo las especies perciben su entorno. Los patrones observados sugieren que estos eventos de diversificación de opsinas pueden estar ocurriendo rápidamente en respuesta a hábitats cambiantes.

#Proximidad del Gen a los Telómeros

Como parte del análisis, los investigadores analizaron la ubicación de los genes SWS1 dentro del genoma, particularmente su proximidad a los telómeros, que son los extremos de los cromosomas. Estar cerca de estas áreas puede afectar cuán a menudo los genes se duplican o pierden durante la replicación del ADN.

Los hallazgos indican que los genes SWS1 a menudo se localizan cerca de estas regiones inestables, lo que podría haber jugado un papel en su rápida evolución a través de eventos de duplicación.

#El Rol de los Factores Ambientales

La presencia de múltiples opsinas SWS1 en estas serpientes acuáticas sugiere que las adaptaciones visuales pueden estar vinculadas a cambios ambientales, como los tipos de luz disponibles bajo el agua. Estudiar estas adaptaciones puede proporcionar información sobre los comportamientos y necesidades de estos animales en sus hábitats específicos.

#Conclusión

La investigación sobre las expansiones de SWS1 en serpientes marinas ha revelado un ejemplo notable de cómo los animales pueden adaptarse visualmente a sus entornos. La capacidad de tener múltiples copias de opsinas y sus variaciones únicas resalta una respuesta evolutiva adaptada a los desafíos de vivir en entornos acuáticos.

Estos hallazgos abren la puerta a más investigaciones sobre cómo los sistemas visuales se adaptan a cambios drásticos y los roles de la genética en estas adaptaciones. Entender estos procesos no solo ilumina las vidas de las serpientes marinas sino que también enriquece nuestro conocimiento sobre la evolución y la diversidad de la vida en la Tierra. Futuros estudios podrían explorar los comportamientos vinculados a estas adaptaciones visuales y cómo benefician la supervivencia en entornos cambiantes.