La evolución de las ballenas de la tierra al mar

Hace unos 400 millones de años, el antepasado de todas las criaturas de cuatro extremidades dio sus primeros pasos en tierra firme. Avance rápido unos 350 millones de años, y un descendiente de estos primeros marineros dio un giro radical: volvió al agua. Con el tiempo, las criaturas que regresaron al mar darían lugar a animales muy diferentes de sus parientes terrestres: se convirtieron en las magníficas ballenas, delfines y marsopas que se deslizan por los océanos en la actualidad.

Volver a ser acuáticos fue un movimiento drástico que cambiaría a los animales por dentro y por fuera, en el espacio de unos 10 millones de años, un abrir y cerrar de ojos en términos evolutivos. Los miembros de este grupo, ahora llamados cetáceos, dejaron caer sus extremidades traseras por poderosas aletas y perdieron casi todo su cabello. Durante décadas, sus extraños diseños corporales dejaron perplejos a los paleontólogos, quienes especularon que podrían haber surgido de criaturas tan variadas como reptiles marinos, focas, marsupiales como canguros e incluso un grupo ahora extinto de carnívoros parecidos a lobos.

“Los cetáceos son, en general, los mamíferos más peculiares y aberrantes”, escribió un científico en 1945.

Luego, a fines de la década de 1990, los datos genéticos confirmaron que las ballenas eran parte de la misma línea evolutiva que engendró vacas, cerdos y camellos, una rama llamada Artiodactyla. Fósiles de la actual India y Pakistán más tarde desarrollaron ese árbol genealógico, identificando a los parientes antiguos más cercanos de los cetáceos como pequeñas criaturas parecidas a ciervos.

Pero sus planes corporales son solo el comienzo de la rareza de los cetáceos. Para sobrevivir en el mar, también tuvieron que hacer modificaciones internas, alterando su sangre, saliva, pulmones y piel. Muchos de esos cambios no son evidentes en los fósiles, y los cetáceos no se estudian fácilmente en el laboratorio. En cambio, fue, una vez más, la genética la que los sacó a la luz.

Con una disponibilidad cada vez mayor de genomas de cetáceos, los genetistas ahora pueden buscar los cambios moleculares que acompañaron la transición de regreso al agua. Si bien es imposible estar seguro de la influencia de una mutación en particular, los científicos sospechan que muchas de las que ven corresponden a adaptaciones que permiten a los cetáceos bucear y prosperar en el mar azul profundo.

Buceando en las profundidades

Los primeros cetáceos perdieron mucho más que patas cuando regresaron al agua: genes completos dejaron de funcionar. En el vasto libro de letras genéticas que componen un genoma, estos genes difuntos se encuentran entre los cambios más fáciles de detectar. Se destacan como una oración confusa o fragmentada, y ya no codifican una proteína completa.

Tal pérdida podría ocurrir de dos maneras. Quizás tener un gen en particular fue de alguna manera perjudicial para los cetáceos, por lo que los animales que lo perdieron ganaron una ventaja de supervivencia. O podría ser una situación de “úsalo o piérdelo”, dice el genómico Michael Hiller del Instituto de Investigación Senckenberg en Frankfurt, Alemania. Si el gen no tuviera ningún propósito en el agua, acumularía mutaciones al azar y los animales no estarían peor cuando ya no funcionara.

Hiller y sus colegas se sumergieron en la transición de regreso al agua al comparar los genomas de cuatro cetáceos (delfín, orca, cachalote y ballena minke) con los de 55 mamíferos terrestres más un manatí, una morsa y la foca de Weddell. Unos 85 genes dejaron de funcionar cuando los ancestros de los cetáceos se adaptaron al mar, informó el equipo en Avances de la ciencia en 2019. En muchos casos, dice Hiller, podrían adivinar por qué esos genes desaparecieron.

Por ejemplo, los cetáceos ya no poseen un gen particular:SLC4A9—involucrados en la producción de saliva. Eso tiene sentido: ¿De qué sirve escupir cuando ya tienes la boca llena de agua?

Los cetáceos también perdieron cuatro genes involucrados en la síntesis y respuesta a la melatonina, una hormona que regula el sueño. Los antepasados ​​de las ballenas probablemente descubrieron bastante rápido que no podían salir a la superficie para respirar si apagaban sus cerebros durante horas seguidas. Los cetáceos modernos duermen un hemisferio cerebral a la vez, y el otro hemisferio permanece alerta. “Si ya no tienes el sueño regular como lo conocemos, probablemente no necesites melatonina”, dice Hiller.

Los largos períodos de tiempo que las ballenas deben contener la respiración para bucear y cazar también parecen haber provocado cambios genéticos. Bucear profundamente, como saben los buceadores, significa que se pueden formar pequeñas burbujas de nitrógeno en la sangre y en los coágulos de semillas, algo que probablemente fue perjudicial para los primeros cetáceos. Da la casualidad de que dos genes (F12 y KLKB1) que normalmente ayudan a iniciar la coagulación de la sangre ya no son funcionales en los cetáceos, lo que presumiblemente reduce este riesgo. El resto de la maquinaria de coagulación permanece intacta, por lo que las ballenas y los delfines aún pueden sellar las lesiones.

Otro gen perdido, y este sorprendió a Hiller, codifica una enzima que repara el ADN dañado. Él piensa que este cambio también tiene que ver con inmersiones profundas. Cuando los cetáceos salen a respirar, el oxígeno inunda repentinamente sus torrentes sanguíneos y, como resultado, también lo hacen las moléculas de oxígeno reactivas que pueden romper el ADN. La enzima que falta, la ADN polimerasa mu, normalmente repara este tipo de daño, pero lo hace de manera descuidada, a menudo dejando mutaciones a su paso. Otras enzimas son más precisas. Quizás, piensa Hiller, mu era demasiado descuidado para el estilo de vida de los cetáceos, incapaz de manejar el volumen de moléculas de oxígeno reactivas producidas por el constante buceo y el resurgimiento. Eliminar la enzima incorrecta y dejar el trabajo de reparación a otras más precisas que también poseen los cetáceos puede haber aumentado las posibilidades de que el daño por oxígeno se haya reparado correctamente.

Los cetáceos no son los únicos mamíferos que regresaron al agua, y las pérdidas genéticas en otros mamíferos acuáticos a menudo son paralelas a las de las ballenas y los delfines. Por ejemplo, tanto los cetáceos como los manatíes han desactivado un gen llamado MMP12, que normalmente degrada la proteína pulmonar elástica llamada elastina. Tal vez esa desactivación ayudó a ambos grupos de animales a desarrollar pulmones altamente elásticos, permitiéndoles exhalar e inhalar rápidamente alrededor del 90 por ciento del volumen de sus pulmones cuando salen a la superficie.

Sin embargo, las adaptaciones de inmersión profunda no se tratan solo de pérdidas. Una ganancia conspicua está en el gen que lleva instrucciones para la mioglobina, una proteína que suministra oxígeno a los músculos. Los científicos han examinado los genes de mioglobina en animales buceadores, desde diminutas musarañas acuáticas hasta ballenas gigantes, y han descubierto un patrón: en muchos buceadores, la superficie de la proteína tiene una carga más positiva. Eso haría que las moléculas de mioglobina se repelieran entre sí como dos imanes del norte. Esto, sospechan los investigadores, permite que los mamíferos buceadores mantengan altas concentraciones de mioglobina sin que las proteínas se aglutinen y, por lo tanto, altas concentraciones de oxígeno muscular cuando bucean.