Bajo del mar: Edición gigantes
¿Y si te digo que las ballenas caminaban en cuatro patitas?
Bueno...no precisamente las ballenas, si no sus antepasados. ¡Pues sí, it 's evolution baby!
"El océano es más antiguo que las montañas y está cargado con los recuerdos y los sueños del Tiempo."- H.P. LovecraftPara ser nuevos residentes permanentes de los océanos, los parientes muuuuuuy lejanos de los cetáceos actuales (ballenas, delfines y marsopas), debieron decir adiós hace unos 53-56 millones de años atrás, a sus tierras (literalmente), a sus hábitos, y por supuesto, a algunos de sus genes. Como muchos tópicos en ciencia, las discusiones en torno a este tema siguen encendidas, los biólogos siguen discutiendo quién (o quiénes) fueron esas primitivas criaturas que volvieron a los hábitats acuáticos, pues si vamos un poquito más atrás, solo uno 400 millones de años (aproximadamente) descubriremos que primeramente los vertebrados luego de muchos "esfuerzos" evolutivos, fueron del agua a la tierra. Entonces, ¡¿primero los antecesores de todos los vertebrados que conocemos actualmente salieron del agua, para ir a la tierra, y DESPUÉS de la tierra al agua?! Pues sí, es un poco bastante simplista, pero eso hicieron. Está de más decir que la vida en nuestro planeta tiene postdoctorados en cambios.
Se postula que los primeros animalitos en volver al agua (pese al tira y afloja de las discusiones de los biólogos) fueron los Archeocetidos, más puntualmente, el género Pakicetus (su cuerpo fosilizado fue encontrado en Pakistán), a partir de este valiente, los Archeocetidos fueron divergiendo de a poquito para llegar a los super-adaptados cetáceos que hoy conocemos.
Bien ¿no les pareció que fui muy rápido? De hecho, me salté varios bichos y varias modificaciones genéticas, morfoanatómicas, fisiológicas y comportamentales, ¿casi nada verdad? Déjenme arreglarlo.
Algunos de los antecesores (Q.D.E.P.) descubiertos fueron:
- Pakicetus (Pikacetidae)
- Ambulocetus (Ambulocetidae)
- Kutchicetus (Remingtonocetidae)
- Rodhocetus (Procetidae)
- Durudon (Basilosauridae)
- Cetotherium (Mysticeti)
- Kentriodon (Odontoceti)
Debemos saber que todos estos muchachos están extintos, es decir que no se encuentran en la actualidad, sin embargo, si prestamos atención, las dos últimas familias mencionadas (Odontoceti y Mysticeti) corresponden a los representantes actuales del grupo Cetacea y, también, al que dieron origen. Es decir, que todos los anteriores corresponden a ejemplares más primitivos que no comparten las características típicas de los cetáceos contemporáneos.
Vale aclarar que la evolución no es un proceso lineal, sino que son cambios graduales en muchas direcciones, más bien es como una red, y de todos estos grupos mencionados anteriormente, solo los mejor adaptados llegaron a nuestros días.
Ahora bien, ¿Qué adaptaciones adquirieron los cetáceos? ¿Qué los diferencia de sus parientes lejanos terrestres?
Los cambios notables en la anatomía de los cetáceos incluyen:
Cuerpos hidrodinámicos.
Una piel mucho más gruesa que no transpira.
Glándulas sebáceas que les proveen una capa gruesa de grasa para el aislamiento térmico, y también resulta útil como defensa.
La extrema reducción de sus extremidades posteriores. Recordemos que sus antecesores tenían 4 extremidades, por tanto ahora solo quedan vestigios óseos de las patas traseras.
Además, para almacenar y conservar eficientemente el oxígeno para el buceo prolongado tuvieron que "amañarse" bastante, poseen una sangre muy especial con mucho volumen y capaz de cargar grandes cantidades de oxígeno gracias a altas concentraciones de hemoglobina, a su vez poseen otros pigmentos sanguíneos (también presentes en nosotros), especializados en el transporte de oxígeno.
Por otra parte su sistema respiratorio es de alto rendimiento, lo que permite un gran y rápido recambio de gases en la superficie. Además, gozan de una caja torácica flexible que permite que el pulmón se colapse a alta presión ambiental, y con presión ambiental me refiero a las profundidades acuáticas que ejercen fuerza contra su cuerpo, comprimiéndolo.
A pesar de toda esta súper info, lo más curioso todavía no les conté:
Los cetáceos no se hicieron expertos de las aguas solamente por la ganancia de funciones, sino que también (como algunos ejemplos mencionados) por la inactivación (pérdida) de genes que codificaban proteínas que dificultaban la vida acuática, lo cual los ayudó a adaptarse. Por ejemplo, perdieron una gran cantidad de receptores olfativos, receptores del gusto que realmente no los necesitaban (pérdidas "neutras") y genes de queratina capilar lo cual llevó a la ausencia de vello corporal para reducir el arrastre (resistencia) durante la natación.
Con el paso de la evolución, la pérdida de genes no solo puede ser una consecuencia de la selección relajada de una función que se volvió obsoleta, sino que también puede ser un mecanismo de adaptación.
Para saber qué genes perdieron, los investigadores compararon genes activos de las ballenas, con los de otros mamíferos, en este caso, sus parientes más cercanos: los hipopótamos (a que esa no se la veían venir). Descubrieron que los genes fueron inactivados en el origen de Cetácea, es decir, cuando se originaron Odontoceti y Mysticeti. En total han identificado 85 genes que se desactivaron o desaparecieron, de los cuales 62 no se conocían antes de este estudio ¡Que fue recién el año pasado! (2019).
El buceo en sí fue su talón de Aquiles, y arrastra bastantes inconvenientes para un mamífero ya que al estar sumergidos, se forman burbujas de nitrógeno en la sangre, lo cual facilita su coagulación. A esto, le agregamos que al bucear los vasos sanguíneos disminuyen su diámetro, lo que se conoce como vasoconstricción, que también facilita la coagulación de la sangre. Si sumamos ambos factores deberíamos esperar una inmensa cantidad de trombos (coágulos sanguíneos) que llevaría a la restricción del suministro de sangre a los tejidos periféricos, dicho sea de paso esto provoca la producción de oxidantes que pueden dañar el ADN. Todo apunta a un tremendo quilombo fisiológico y genético, pero aun así esto no fue un problema para la evolución, y todo apuntó a la pérdida del gen que codifica la enzima que repara estos daños, porque lo hace con defectos que pueden conllevar a tumores u otras enfermedades; en fin, nadie es perfecto, ni la ADN polimerasa. De esta forma desarrollaron una mejor tolerancia al daño oxidativo del ADN. A su vez, también perdieron los genes implicados en la coagulación y ¡voila! Ya no más coágulos taponando los conductos sanguíneos.
Con esto nos acercamos un poquito (un poquito muy chiquito) a la maravillosa biología de estos gigantes (y otros no tan gigantes, como los defines) tan impresionantes.
Para ser nuevos residentes permanentes de los océanos, los parientes muuuuuuy lejanos de los cetáceos actuales (ballenas, delfines y marsopas), debieron decir adiós hace unos 53-56 millones de años atrás, a sus tierras (literalmente), a sus hábitos, y por supuesto, a algunos de sus genes. Como muchos tópicos en ciencia, las discusiones en torno a este tema siguen encendidas, los biólogos siguen discutiendo quién (o quiénes) fueron esas primitivas criaturas que volvieron a los hábitats acuáticos, pues si vamos un poquito más atrás, solo uno 400 millones de años (aproximadamente) descubriremos que primeramente los vertebrados luego de muchos "esfuerzos" evolutivos, fueron del agua a la tierra. Entonces, ¡¿primero los antecesores de todos los vertebrados que conocemos actualmente salieron del agua, para ir a la tierra, y DESPUÉS de la tierra al agua?! Pues sí, es un poco bastante simplista, pero eso hicieron. Está de más decir que la vida en nuestro planeta tiene postdoctorados en cambios.
Se postula que los primeros animalitos en volver al agua (pese al tira y afloja de las discusiones de los biólogos) fueron los Archeocetidos, más puntualmente, el género Pakicetus (su cuerpo fosilizado fue encontrado en Pakistán), a partir de este valiente, los Archeocetidos fueron divergiendo de a poquito para llegar a los super-adaptados cetáceos que hoy conocemos.
Bien ¿no les pareció que fui muy rápido? De hecho, me salté varios bichos y varias modificaciones genéticas, morfoanatómicas, fisiológicas y comportamentales, ¿casi nada verdad? Déjenme arreglarlo.
Algunos de los antecesores (Q.D.E.P.) descubiertos fueron:
- Pakicetus (Pikacetidae)
- Ambulocetus (Ambulocetidae)
- Kutchicetus (Remingtonocetidae)
- Rodhocetus (Procetidae)
- Durudon (Basilosauridae)
- Cetotherium (Mysticeti)
- Kentriodon (Odontoceti)
Debemos saber que todos estos muchachos están extintos, es decir que no se encuentran en la actualidad, sin embargo, si prestamos atención, las dos últimas familias mencionadas (Odontoceti y Mysticeti) corresponden a los representantes actuales del grupo Cetacea y, también, al que dieron origen. Es decir, que todos los anteriores corresponden a ejemplares más primitivos que no comparten las características típicas de los cetáceos contemporáneos.
Vale aclarar que la evolución no es un proceso lineal, sino que son cambios graduales en muchas direcciones, más bien es como una red, y de todos estos grupos mencionados anteriormente, solo los mejor adaptados llegaron a nuestros días.
Ahora bien, ¿Qué adaptaciones adquirieron los cetáceos? ¿Qué los diferencia de sus parientes lejanos terrestres?
Los cambios notables en la anatomía de los cetáceos incluyen:
Cuerpos hidrodinámicos.
Una piel mucho más gruesa que no transpira.
Glándulas sebáceas que les proveen una capa gruesa de grasa para el aislamiento térmico, y también resulta útil como defensa.
La extrema reducción de sus extremidades posteriores. Recordemos que sus antecesores tenían 4 extremidades, por tanto ahora solo quedan vestigios óseos de las patas traseras.
Además, para almacenar y conservar eficientemente el oxígeno para el buceo prolongado tuvieron que "amañarse" bastante, poseen una sangre muy especial con mucho volumen y capaz de cargar grandes cantidades de oxígeno gracias a altas concentraciones de hemoglobina, a su vez poseen otros pigmentos sanguíneos (también presentes en nosotros), especializados en el transporte de oxígeno.
Por otra parte su sistema respiratorio es de alto rendimiento, lo que permite un gran y rápido recambio de gases en la superficie. Además, gozan de una caja torácica flexible que permite que el pulmón se colapse a alta presión ambiental, y con presión ambiental me refiero a las profundidades acuáticas que ejercen fuerza contra su cuerpo, comprimiéndolo.
A pesar de toda esta súper info, lo más curioso todavía no les conté:
Los cetáceos no se hicieron expertos de las aguas solamente por la ganancia de funciones, sino que también (como algunos ejemplos mencionados) por la inactivación (pérdida) de genes que codificaban proteínas que dificultaban la vida acuática, lo cual los ayudó a adaptarse. Por ejemplo, perdieron una gran cantidad de receptores olfativos, receptores del gusto que realmente no los necesitaban (pérdidas "neutras") y genes de queratina capilar lo cual llevó a la ausencia de vello corporal para reducir el arrastre (resistencia) durante la natación.
Con el paso de la evolución, la pérdida de genes no solo puede ser una consecuencia de la selección relajada de una función que se volvió obsoleta, sino que también puede ser un mecanismo de adaptación.
Para saber qué genes perdieron, los investigadores compararon genes activos de las ballenas, con los de otros mamíferos, en este caso, sus parientes más cercanos: los hipopótamos (a que esa no se la veían venir). Descubrieron que los genes fueron inactivados en el origen de Cetácea, es decir, cuando se originaron Odontoceti y Mysticeti. En total han identificado 85 genes que se desactivaron o desaparecieron, de los cuales 62 no se conocían antes de este estudio ¡Que fue recién el año pasado! (2019).
El buceo en sí fue su talón de Aquiles, y arrastra bastantes inconvenientes para un mamífero ya que al estar sumergidos, se forman burbujas de nitrógeno en la sangre, lo cual facilita su coagulación. A esto, le agregamos que al bucear los vasos sanguíneos disminuyen su diámetro, lo que se conoce como vasoconstricción, que también facilita la coagulación de la sangre. Si sumamos ambos factores deberíamos esperar una inmensa cantidad de trombos (coágulos sanguíneos) que llevaría a la restricción del suministro de sangre a los tejidos periféricos, dicho sea de paso esto provoca la producción de oxidantes que pueden dañar el ADN. Todo apunta a un tremendo quilombo fisiológico y genético, pero aun así esto no fue un problema para la evolución, y todo apuntó a la pérdida del gen que codifica la enzima que repara estos daños, porque lo hace con defectos que pueden conllevar a tumores u otras enfermedades; en fin, nadie es perfecto, ni la ADN polimerasa. De esta forma desarrollaron una mejor tolerancia al daño oxidativo del ADN. A su vez, también perdieron los genes implicados en la coagulación y ¡voila! Ya no más coágulos taponando los conductos sanguíneos.
Con esto nos acercamos un poquito (un poquito muy chiquito) a la maravillosa biología de estos gigantes (y otros no tan gigantes, como los defines) tan impresionantes.
- Camila Bagliani
Bibliografía:
Huelsmann, M., Hecker, N., Springer, M. S., Gatesy, J., Sharma, V., & Hiller, M. (2019). Genes lost during the transition from land to water in cetaceans highlight genomic changes associated with aquatic adaptations. Science advances, 5(9), eaaw6671.
Barnes, L. G. (1984). Whales, dolphins and porpoises: origin and evolution of the Cetacea. Studies in Geology, Notes for a Short Course, 8, 139-154.
Goldbogen, J. A., & Madsen, P. T. (2018). The evolution of foraging capacity and gigantism in cetaceans. Journal of Experimental Biology, 221(11).
Xu, S., Yang, Y., Zhou, X., Xu, J., Zhou, K., & Yang, G. (2013). Adaptive evolution of the osmoregulation-related genes in cetaceans during secondary aquatic adaptation. BMC Evolutionary biology, 13(1), 1-9.
https://www.interpatagonia.com/ballenas/historias-balleneras
https://ballenas.org.ar/por-que-respetar-la-vida-de-las-ballenas/