A simple vista, las poblaciones de estrella de mar espinosa que habitan el Mediterráneo y las que viven en las frías aguas de las Islas Británicas parecen pertenecer a una misma especie sin grandes diferencias. Sin embargo, su genoma cuenta otra historia: un equipo científico ha descubierto que presentan un número inusualmente elevado de inversiones cromosómicas, grandes fragmentos de los cromosomas que aparecen “del revés” en algunos individuos.
Estas inversiones afectan al 18,6 % del genoma de la estrella de mar espinosa (Marthasterias glacialis) y parecen estar asociadas a diferentes condiciones ambientales. El hallazgo sugiere que la organización del genoma puede desempeñar un papel especialmente importante en la capacidad de una especie marina para adaptarse a ambientes distintos.
La investigación ha sido liderada desde la Estación Biológica de Doñana (EBD-CSIC) y la Universidad de Barcelona, y ha analizado casi 300 ejemplares procedentes de distintas regiones del Atlántico nororiental y el Mediterráneo occidental.
“Lo más interesante es que las variantes de estas inversiones no se distribuyen al azar entre las poblaciones estudiadas, sino que aparecen asociadas a distintas regiones geográficas”, explica Carlos Leiva, investigador de la Estación Biológica de Doñana. “Muchas de ellas son más frecuentes en regiones cálidas y salinas como el Mediterráneo, mientras que otras aparecen asociadas a zonas más frías, como las Islas Británicas”.
Inversiones cromosómicas asociadas al ambiente
Dentro de estas regiones invertidas se han encontrado genes relacionados con la respuesta al estrés térmico, la osmorregulación, la respuesta inmune y la percepción ambiental. No obstante, los investigadores advierten de que esta relación tendrá que ser validada mediante estudios experimentales.
Los resultados apuntan, en cualquier caso, a que la forma en que está organizado el genoma puede ser especialmente importante para entender cómo una especie se adapta a ambientes diferentes, además de las mutaciones puntuales del ADN.
Este mecanismo podría ser especialmente relevante en la estrella de mar espinosa, una especie cuyas poblaciones mantienen una elevada conexión entre sí a pesar de vivir en ambientes con características muy diferentes.
Un mecanismo para conservar adaptaciones locales
El hallazgo resulta especialmente llamativo por un fenómeno habitual en muchos organismos marinos: la movilidad de sus larvas a grandes distancias.
Aunque las estrellas de mar adultas tienen una movilidad más reducida, sus larvas pueden recorrer cientos de kilómetros impulsadas por las corrientes oceánicas. Este desplazamiento favorece el intercambio genético y mezcla continuamente las poblaciones.
En teoría, esta elevada conexión debería dificultar que apareciesen grandes diferencias adaptativas entre regiones. Sin embargo, el estudio demuestra que existen zonas del genoma capaces de escapar a esa mezcla genética.
Determinadas regiones se recombinan, se “mezclan”, mucho menos que el resto del genoma, lo que permite que permanezcan diferenciadas entre poblaciones.
“Estas regiones actúan como bloques que se heredan conjuntamente, conservando así combinaciones de genes beneficiosas para vivir en condiciones ambientales concretas, con diferencias de temperatura o salinidad”, explica Marta Martín Huete, investigadora predoctoral de la Universidad de Barcelona.
De esta manera, las inversiones cromosómicas podrían funcionar como una especie de mecanismo que permite mantener juntas determinadas combinaciones genéticas favorables para un ambiente concreto, incluso cuando existe un intercambio genético considerable entre poblaciones.
Casi 300 estrellas de mar estudiadas en el Atlántico y el Mediterráneo
Para averiguar si existían diferencias ocultas en el genoma de la especie, el equipo científico analizó muestras de casi 300 ejemplares de Marthasterias glacialis procedentes de 19 localidades distribuidas por el Atlántico nororiental y el Mediterráneo occidental.
Las muestras procedían de regiones que incluyen las Islas Británicas, las Azores, la costa atlántica europea y el Mediterráneo, lo que permitió comparar poblaciones sometidas a condiciones ambientales muy diferentes.
El equipo analizó miles de marcadores distribuidos por todo el genoma y los comparó con un genoma de referencia de la especie. Este enfoque permitió identificar las regiones compatibles con inversiones cromosómicas y estudiar cómo se distribuían entre las distintas poblaciones.
Además, los datos genéticos se combinaron con información ambiental sobre temperatura y salinidad, lo que permitió explorar si las inversiones cromosómicas podían estar relacionadas con procesos de adaptación local.
El resultado fue especialmente llamativo: el 18,6 % del genoma presenta este tipo de variación estructural, una proporción elevada que apunta a la importancia de las inversiones cromosómicas en la diferenciación entre las poblaciones analizadas.
Implicaciones para la conservación de la biodiversidad marina
El trabajo también revela que una especie ampliamente distribuida, con poblaciones conectadas y aparentemente homogéneas, puede esconder una importante diversidad adaptativa en su genoma.
Este descubrimiento tiene implicaciones para la conservación de la biodiversidad marina, ya que distintas poblaciones de una misma especie podrían responder de manera diferente a fenómenos como el calentamiento del océano o los cambios en la salinidad.
Conocer esta diversidad genética resulta especialmente relevante en un contexto de cambio climático, porque la capacidad de las especies para responder a modificaciones de temperatura y otras condiciones ambientales puede determinar su supervivencia y distribución futura.
Además, los resultados aportan una nueva perspectiva sobre los mecanismos que impulsan la evolución de la biodiversidad marina. El estudio pone de manifiesto que los cambios en la estructura del genoma pueden ser tan importantes como las diferencias puntuales en el ADN a la hora de favorecer la adaptación de las especies.
La estrella de mar espinosa como modelo frente al cambio climático
El siguiente paso será comprobar si las inversiones cromosómicas identificadas tienen efectivamente consecuencias sobre las características biológicas de los individuos.
“Estos resultados abren la puerta a nuevos estudios para comprobar si estas inversiones cromosómicas se traducen efectivamente en diferencias biológicas entre individuos, como una mayor tolerancia al calor, resistencia a cambios de salinidad, variaciones en el crecimiento o la reproducción”, explica Carlos Leiva.
Si futuras investigaciones confirman que estas inversiones cromosómicas determinan, al menos en parte, la capacidad de la estrella de mar espinosa para adaptarse al calor o a la salinidad, Marthasterias glacialis podría convertirse en un modelo para estudiar cómo las especies marinas pueden responder a un océano marcado por el cambio climático.
Lo que comenzó como un estudio sobre una estrella de mar ha revelado así una nueva vía para comprender cómo evolucionan los organismos marinos y cómo pueden mantener adaptaciones locales incluso cuando sus poblaciones están conectadas por el movimiento de sus larvas.
