Killifish sobrevive en aguas contaminadas gracias a los genes de otro pez

ARRIBA: El material genético del killifish del Atlántico (Fundulus heteroclitus), que se muestra aquí, parece ser responsable de ayudar a los killifish del Golfo a sobrevivir en condiciones de contaminación. ANDREW WHITEHEAD

La población de killifish del Golfo en el Canal de Navegación de Houston había ido disminuyendo de manera constante durante décadas, probablemente como resultado de las toxinas provenientes de la actividad industrial, cuando de repente y misteriosamente, en la década de 1970 , comenzó una tendencia al alza. Las aguas no habían cambiado. Durante las últimas seis décadas, la actividad de varias refinerías y un complejo petroquímico ha dado lugar a grandes concentraciones de hidrocarburos aromáticos policíclicos y halogenados (HAH y PAH) que se sabe que alteran el desarrollo cardíaco, a menudo de forma letal. en invertebrados. 

Las cantidades encontradas allí deberían ser letales para los killis, pensaron los científicos, y, sin embargo, están sobreviviendo e incluso prosperando. Fundulus grandis, que solo crecen hasta un máximo de siete pulgadas de largo y se usan comúnmente como carnada, de alguna manera se habían adaptado…

Elias Oziolor, científico de bioinformática en Pfizer y anteriormente genetista evolutivo en la Universidad de California, Davis, se preguntó cómo el pez pudo haber evolucionado tan rápidamente en respuesta a presiones ambientales extremas. La respuesta, informaron él y sus colegas en Science el 3 de mayo, parece ser mutaciones genéticas traídas a la población de una especie completamente diferente de killis.

Axel Meyer, un evolutivo genetista de la Universidad de Konstanz que no participó en el estudio, dice en un correo electrónico a The Scientist que la sugerencia de que estos peces pudieron obtener rápidamente una ventaja genética sobre la contaminación gracias a los genes de otro pez es emocionante. 

La contaminación en el canal se irradia hacia afuera en un patrón de gradiente, con niveles dramáticamente altos de HAH y PAH que disminuyen gradualmente en el camino hacia el Golfo de México. Cuando Oziolor decidió investigar cómo viven los peces entre estos contaminantes, el primer paso que tomó su equipo fue capturar killis de 12 lugares a lo largo de este gradiente. Trajeron estos peces a un laboratorio en la Universidad de Baylor en Texas y esperaron a que desovaran. Cuando lo hicieron, el equipo expuso los embriones a diferentes concentraciones de bifenilo policlorado 126, un HAH.

Los embriones de peces que procedían de las zonas más contaminadas del canal evitaron malformaciones cardíacas al exponerse a concentraciones hasta mil veces superior a la que podrían soportar los peces de zonas menos contaminadas. Cuando cruzaron peces de un área contaminada con peces de una zona menos contaminada, su descendencia tuvo un nivel intermedio de protección, lo que, según los autores, es evidencia de una base genética para la protección contra HAH.

Entonces a continuación, realizaron una pantalla genética. Encontraron varios loci en el genoma que parecían estar fuertemente seleccionados, lo que significa que probablemente ayudarían a los killis a sobrevivir. Estas mutaciones desactivaron la vía molecular que normalmente conduciría a deformidades cardíacas. Pero aún más sorprendente, dice Oziolor, fue que dos de estas regiones no provenían de la variabilidad genética observada en los killis del Golfo. Venían de una especie completamente diferente.  

El pez había sufrido hibridación, es decir, el intercambio de genes debido al apareamiento entre diferentes especies. El apareamiento entre especies rara vez genera ventajas competitivas para la descendencia, dice Oziolor. Pero en este caso, el material genético del killis del Atlántico (Fundulus heteroclitus) parece ser el responsable de ayudar a los killis del Golfo a sobrevivir en condiciones extremas. Las mutaciones presentes entre los killis del Golfo que protegían contra las malformaciones cardíacas en presencia de HAH se encontraron entre los killis del Atlántico, pero no entre los killis del Golfo de áreas menos contaminadas que aún eran vulnerables al compuesto.

Los científicos han Clint Muhlfeld, ecólogo acuático del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) que no participó en el estudio, sospecha que mezclar genes a través de la hibridación puede beneficiar a las poblaciones que experimentan un cambio ambiental rápido, le dice a The Scientist en un correo electrónico. . Pero, que yo sepa, este es el primer estudio exhaustivo que respalda directa y científicamente esta predicción.

Estos embriones de killis del Golfo de cinco días de edad fueron expuestos a PCB-126. El embrión de la derecha, que proviene de una población tolerante a la contaminación, se está desarrollando normalmente, mientras que el embrión de la izquierda, que proviene de una población sin tanta contaminación, tiene problemas de desarrollo letales. Cole matson/haley davis

Cómo este apareamiento entre especies ocurrido sigue siendo un rompecabezas. Los killis del Atlántico normalmente no se encuentran en el Golfo y no son lo suficientemente fuertes como para haber nadado allí por su cuenta. Oziolor dice que cree que sus huevos pueden haber sido transportados por agua en barcos de pesca que viajaron desde el Atlántico.

Ahora, él y su equipo esperan descubrir qué tan común es que estos peces compartan ADN en otras áreas contaminadas del Golfo. Él dice que la lección más importante es cuán importante puede ser darles a las especies el espacio para mezclarse.

Si fragmentamos el hábitat, dice, hace mucho más difícil que las poblaciones interactúen entre sí e intercambien material genético que podría resultar útil en situaciones muy graves.

Aún así, Oziolor enfatiza que los humanos no causaron intencionalmente esta hibridación, y tal mezcla podría ser peligrosa. Muhlfeld advierte que, en muchos casos, la hibridación impulsada por actividades humanas, como la translocación de especies, tiende a ocurrir rápidamente y reduce la aptitud, la integridad genómica y, en última instancia, la diversidad de especies nativas.

EM Oziolor et al. al., La introgresión adaptativa permite el rescate evolutivo de la contaminación ambiental extrema, Ciencia,  doi:10.1126/science.aav4155, 2019.

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