Por qué animales aparentemente idénticos pueden tener genomas diferentes

Lógicamente hablando, se podría pensar que los animales que parecen ser iguales, incluso si se encuentran en diferentes partes del mundo, pertenecerían a la misma especie y que compartirían el mismo genoma. Sin embargo, nuestro reciente estudio ha encontrado que este no es siempre el caso.

El descubrimiento se produjo gracias a un pequeño zooplancton de la especie Oikopleura dioica, que hemos utilizado como modelo para entender el origen evolutivo de la familia genética a la que pertenecen los humanos, conocidos como cordados.

Este organismo marino, que se encuentra en mares cálidos, es el tema de nuestro reciente artículo científico, publicado en Genome Research. Es el fruto de años de investigación conjunta llevada a cabo por el laboratorio del Departamento de Genética de la Universidad de Barcelona y el IRBio, en colaboración con el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa y otras universidades japonesas y europeas.

Al secuenciar los genomas de especímenes de Oikopleura dioica de tres áreas separadas (el Mar Mediterráneo, el Océano Pacífico y las Islas de Okinawa), hicimos un descubrimiento sorprendente: cada una era radicalmente diferente, a pesar de que no tienen diferencias obvias en apariencia.

Las apariencias pueden ser engañosas, pero no los genomas

Nuestro hallazgo ha abierto nuevas preguntas: ¿Por qué estas grandes diferencias genéticas no se traducen en cambios obvios en la apariencia física de los animales? ¿Es posible que, a pesar de parecer iguales, los especímenes de lugares distantes puedan pertenecer a una especie diferente?

También plantea la cuestión de si, en el caso de ciertos organismos, debemos ser cautelosos a la hora de utilizar el concepto de “genoma de referencia” para toda una especie sin considerar primero la posibilidad de descubrir grandes diferencias genómicas entre organismos de diferentes hábitats.

Para responder a todas estas preguntas, necesitamos entender el genoma como una especie de manual de instrucciones, que contiene todas las instrucciones genéticas para gobernar a un ser vivo.

Está formado por diferentes cromosomas, que a su vez contienen miles de genes. Son las unidades básicas de información genética que determinan todas las características de cada individuo, y se heredan de una generación a otra.

A medida que se replican a lo largo de miles y miles de generaciones, los genomas acumulan cambios, conocidos como mutaciones. Estos hacen que la información genética de cada genoma cambie de una generación a la siguiente, y una vez que esta información ha cambiado mucho, hasta el punto en que los organismos no pueden cruzarse y reproducirse, se crea una nueva especie.

Esta acumulación de cambios genéticos es la base de la evolución, y es esencial para la generación de nuevas especies y el aumento de la biodiversidad del planeta.

Usar Lego para entender la genética

Si comparamos la organización de un genoma con la de un libro o manual de instrucciones, cada cromosoma representaría un capítulo. A su vez, las miles de frases que llenan de información cada capítulo serían los genes distribuidos a lo largo de los cromosomas.

Si comparas los libros de instrucciones de dos figuras diferentes de Lego, esperarías encontrar diferencias significativas entre ellas, incluso en la estructura de los capítulos (cromosomas), en el orden de sus oraciones (genes) y en su significado (mutaciones).

Del mismo modo, si comparas las instrucciones sobre cómo construir la misma figura de Lego en diferentes partes del mundo, no esperarías encontrar grandes diferencias entre las instrucciones que dieron.

Sin embargo, en esta analogía, el resultado inesperado ha sido que, al comparar los genomas de los “mismos” organismos de diferentes partes del mundo, eran diferentes. Las posiciones de la mayoría de los genes en los cromosomas están en un orden completamente diferente, a veces incluso saltando de un cromosoma a otro.

Esto es como leer dos manuales de instrucciones de Lego diferentes donde todos los pasos e instrucciones son completamente diferentes, pero aún así, de alguna manera, terminas con la misma figura. Este descubrimiento nos plantea el nuevo reto de averiguar por qué este notable reordenamiento de los genomas no se traduce en grandes diferencias físicas entre especies.

Al mismo tiempo, nos ha llevado a sospechar que animales de diferentes lugares podrían pertenecer a diferentes especies crípticas, animales que, aunque parezcan muy similares, en realidad pertenecen a especies diferentes. Estas especies aparentemente similares no pueden cruzarse ni producir descendencia fértil.

De hecho, los resultados de nuestros experimentos preliminares, utilizando especímenes de Oikopleura dioica de Okinawa y Osaka, apuntan a que este es el caso, ya que los especímenes de las dos áreas diferentes no pueden reproducirse entre sí.

Todo esto sugiere que lo que hasta ahora creíamos que era una sola especie con una distribución global (o cosmopolita), es en realidad decenas o incluso cientos de especies crípticas diferentes dispersas por los océanos del mundo.

Este es también un hallazgo importante a la hora de catalogar la biodiversidad de nuestro planeta. Este es uno de los objetivos de “moonshot for biology” del proyecto Earth Biogenome, que pretende secuenciar los genomas de todas las especies de eucariotas de la Tierra en la próxima década.

Nuestros hallazgos muestran que, para algunos organismos, es posible que no podamos precisar un genoma de referencia único para cada especie. Esto significa que la biodiversidad y el número de especies en el planeta podrían ser mucho mayores de lo que habíamos imaginado anteriormente.

*Cristian Cañestro es profesor e investigador en genética de la Universidad de Barcelona.

*Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.