Según un nuevo estudio, la reutilización de un gen ancestral salvó a los embriones de los ancestros del bacalao de la extinción y les permitió formar las gigantescas poblaciones que, millones de años después, cambiarían el curso de la historia humana.
Un nuevo estudio publicado en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) —liderado por el Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC) y el Instituto de Biotecnología y de Biomedicina de la Universitat Autònoma de Barcelona (IBB-UAB), junto con la Universidad de Bergen (Noruega)— ha revelado que el bacalao y sus parientes del orden de los gadiformes (como la merluza) perdieron genes esenciales para la flotabilidad de los huevos y la supervivencia de sus embriones. Sin embargo, lograron sobrevivir incorporando un mecanismo genético que los peces de agua dulce utilizan habitualmente para la ovulación.
El papel clave de la hidratación y la flotabilidad de los huevos
Para la elaboración del estudio, el equipo estudió cómo flotan los huevos de bacalao en la columna de agua, en la que las corrientes oceánicas los transportan a distancias considerables. Este trabajo confirma que los orígenes de muchas poblaciones de peces marinos están estrechamente conectados con los procesos físicos y biológicos del océano.
La razón por la que los huevos flotan es que, a diferencia de los de agua dulce, los huevos de peces marinos absorben un volumen masivo de agua (más del 90 %) durante las etapas finales de su desarrollo, lo que los hace menos densos que el agua de mar. El proceso equivale a inflar un chaleco salvavidas justo antes de que se libere el huevo. Sin esta aportación masiva de agua, los huevos se comportarían como piedras y se hundirían hacia profundidades incompatibles con la supervivencia. En consecuencia, cualquier fallo en este proceso a escala poblacional representa una amenaza existencial para el linaje, ya que le impediría completar su ciclo de vida.
Este error genético es precisamente el que sufrió el ancestro del bacalao: la pérdida de los genes que codifican los canales de agua (las acuaporinas aqp1ab1 y aqp1ab2), encargados de regular la hidratación del huevo en el resto de los peces marinos que producen huevos flotantes. Las acuaporinas son proteínas que se integran o se retiran de la membrana celular para regular el flujo hídrico. Para que el agua fluya a través de ellas, la concentración de solutos disueltos debe ser más alta en uno de los lados de la membrana. Los ovocitos de los peces consiguen este efecto degradando las proteínas del vitelo en sus componentes básicos (aminoácidos libres).
Esta acumulación de aminoácidos genera el gradiente de concentración necesario para la entrada de agua al ovocito, un rasgo genético que los científicos comprobaron que todavía se conserva en el bacalao. Sorprendentemente, los huevos del bacalao del Atlántico registran un contenido de agua de entre el 93 % y el 97 % —uno de los más altos entre los peces marinos—, lo que les permite flotar incluso en aguas de baja salinidad como las del mar Báltico. Al faltarles los genes de tipo aqp1ab, que permiten esta hidratación en otras especies, resultaba un misterio cómo podían conseguirlo.
Más paradójico aún es que los huevos de bacalao se hidratan varias veces a lo largo de una misma temporada de freza, a una velocidad casi 20 veces superior a la de la difusión pasiva de agua. El enorme volumen de huevos liberados forma la base de una población sostenible, como la del Atlántico noroccidental, que colapsó de manera drástica por la sobrepesca y la mala gestión. Por tanto, entender las peculiaridades del sistema reproductivo del bacalao y su éxito evolutivo en los océanos ha constituido un reto fundamental para la comunidad científica.
La reutilización génica funcional como solución
Para resolver esta paradoja, el equipo buscó otros genes en especies de agua dulce y marinas emparentadas con el bacalao que hubieran podido asumir la función de hidratar el huevo durante su formación. Esto permitió identificar un canal de agua diferente, de tipo aqp4, codificado por un gen ubicado en el mismo cromosoma en el que se habían perdido los genes que codificaban los canales aqp1ab originales.
Los resultados demostraron que las especies primitivas de agua dulce utilizan el canal aqp4 para facilitar la ovulación, proceso en el cual los ovocitos maduros se liberan de los folículos ováricos como huevos no fertilizados. En estos peces, el canal aqp4 se inserta en la membrana externa del ovocito durante la maduración meiótica para permitir una pequeña entrada de agua. Esto hace que el ovocito se infle ligeramente, rompiendo las células foliculares circundantes para liberar el huevo. El papel de la aqp4 en este proceso se confirmó utilizando un inhibidor específico del canal, el cual bloquea completamente la ovulación.
Sin embargo, los investigadores descubrieron que, a diferencia de otras especies marinas, en el bacalao del Atlántico el canal aqp4 también se localiza en la membrana externa del ovocito, y que su inhibición bloquea la hidratación masiva previa a la ovulación. En consecuencia, estos estudios demuestran que el bacalao sobrevivió a la extinción mediante un mecanismo de reutilización genética funcional de las vías ovulatorias de peces ancestrales de agua dulce para conseguir la hidratación de sus huevos marinos. Basándose en que otros gadiformes emparentados con el bacalao todavía conservan genes del tipo aqp1ab, los autores estiman que este acontecimiento evolutivo tuvo lugar hace entre 60 y 84 millones de años.
«Descubrir que el bacalao ha perdido los canales de agua convencionales que utiliza la práctica totalidad del resto de los peces marinos fue un auténtico enigma», afirma Joan Cerdà, investigador del ICM-CSIC y del IBB-UAB. «Lo que nos fascinó fue descubrir cómo la evolución recalibró un canal completamente diferente —empleado originalmente solo para la ovulación en antepasados de agua dulce— y lo adaptó para la hidratación masiva del ovocito, asegurando así la flotabilidad del huevo en el océano. Este hallazgo demuestra la extraordinaria flexibilidad de los mecanismos genéticos ante situaciones límite en la evolución».
«Sin este antiguo ajuste molecular producido hace unos 70 millones de años, el bacalao tal y como lo conocemos actualmente simplemente no existiría y, como resultado, la exploración europea, la colonización de América del Norte y el auge del comercio transatlántico en los últimos mil años habrían seguido un curso muy diferente», concluye Roderick Nigel Finn, investigador de la Universidad de Bergen. «Comprender estos mecanismos reproductivos fundamentales no trata solo de desvelar la evolución pasada; nos ofrece claves vitales sobre cómo las especies marinas más importantes responden y se adaptan a las transformaciones actuales del océano».