En todo el reino animal, las aves son algunas de las criaturas más coloridas de todas. Pero, ¿cómo surgieron todas las especies de aves de colores tan sorprendentes?
Casi todas las aves con plumas o picos de color rojo brillante, naranja y amarillo utilizan un grupo de pigmentos llamados carotenoides para producir sus colores. Sin embargo, estos animales no pueden producir carotenoides directamente. Deben adquirirlos a través de su dieta a partir de las plantas que comen.
Los loros son la excepción a esta regla, ya que han desarrollado una forma completamente nueva de producir pigmentos coloridos, llamados psitacofulvinas.
Aunque los científicos conocían estos diferentes pigmentos por algún tiempoHasta ahora, comprender la base bioquímica y genética detrás de cómo las aves los usan para variar de color ha sido menos claro. Pero dos estudios recientes separados sobre loros y pinzones han proporcionado información vital sobre este misterio.
un estudiopublicado en Biología actualfue dirigido por uno de nosotros (Daniel Hooper), y el otro fue dirigido por el biólogo portugués Roberto Abore y publicado en Ciencia. Juntos, mejoran nuestra comprensión de cómo las aves producen sus coloridos espectáculos y cómo han evolucionado estos rasgos.
Una sola enzima
En los dos nuevos estudios participaron grandes equipos de investigadores internacionales. Utilizaron avances recientes en secuenciación genética para examinar qué regiones del genoma (el conjunto completo de ADN de un animal) determinan la variación natural del color amarillo a rojo en loros y pinzones.
Sorprendentemente, aunque estos dos grupos de aves producen sus coloridas exhibiciones utilizando diferentes tipos de pigmentos, los científicos descubrieron que han evolucionado de manera similar.
El estudio de Arbore examinó el lori oscuro (Pseudo fuscata), un loro originario de Nueva Guinea con bandas de plumas que pueden ser de color amarillo, naranja o rojo.
La investigación encontró que los cambios entre la coloración de las plumas amarilla y roja estaban asociados con una enzima llamada ALDH3A2. Esta enzima convierte los pigmentos rojos del loro en amarillos.
Cuando las plumas en desarrollo contienen grandes cantidades de la enzima, terminan siendo amarillas; cuando tienen menos, terminan rojas.
Los científicos descubrieron que la enzima ALDH3A2 también explica la variación de color en muchas otras especies de loros que han evolucionado de forma independiente una variación de color de amarillo a rojo.
Dos genes especiales
El pinzón de cola larga (Poephila acuticauda) es una especie de pájaro cantor originario del norte de Australia. Hay dos subespecies que se hibridan con picos de diferentes colores. Uno tiene el pico amarillo y el otro el pico rojo.
La mayoría de los pigmentos carotenoides que las aves pueden consumir de su dieta son amarillos o naranjas, por lo que el cuerpo de las aves debe cambiar de alguna manera la química de los pigmentos después de comerlos para producir colores rojos.
El estudio de Hooper examinó la variación de este rasgo en toda la distribución del pinzón de cola larga en la naturaleza y la variación en los genomas de las aves medidas. Resultó que el color del pico de estos pinzones estaba relacionado principalmente con dos genes, CYP2J19 y TTC39B.
Juntos, estos dos genes impulsan la conversión de los carotenoides dietéticos amarillos en rojos.
En el pinzón de cola larga, la coloración amarilla parece ser el resultado de mutaciones que desactivan específicamente estos genes en el pico mientras los mantienen activados en otras partes del cuerpo, como los ojos.
Al comparar el código de ADN de estos genes de color con otras especies de pinzones, los investigadores también descubrieron que los ancestros del pinzón moderno de cola larga tenían picos rojos, pero los picos amarillos mutantes se han vuelto cada vez más comunes.
Como un atenuador de bombilla
En conjunto, estos estudios muestran cómo los colores pueden evolucionar en las poblaciones naturales.
Tanto en loros como en pinzones, las mutaciones responsables de la variación del color del amarillo al rojo no cambiaron la función de las enzimas implicadas. En lugar de ello, influyeron en dónde y cuándo estaban activas estas enzimas.
Piense en ello como cambiar la iluminación de una habitación instalando un atenuador en un interruptor de luz existente, en lugar de quitar una luminaria completa.
Los científicos también demostraron que en poblaciones silvestres tanto de loros como de pinzones, las mutaciones en unos pocos genes pueden alterar profundamente la estructura química de los pigmentos, lo suficiente como para marcar la diferencia entre el rojo y el amarillo.
Los genes clave cambian la estructura química de la molécula de pigmento mediante la acción de una enzima que añade sólo un átomo de oxígeno al pigmento. Esto cambia de un rojo brillante a un amarillo brillante en los loros, y al revés en los pinzones, de un amarillo brillante a un rojo brillante.
La maravilla de la naturaleza
La evolución del color en las aves ha sido el centro de atención desde que Charles Darwin los utilizó al esbozar su teoría de la evolución por selección natural. La diferencia más obvia entre las especies de aves estrechamente relacionadas que vemos a nuestro alrededor es su color.
Estos dos nuevos estudios nos han mostrado cómo unos pocos genes y la adición de ese único átomo de oxígeno pueden cambiar el curso de la evolución, creando una nueva forma que parece dramáticamente diferente.
Si esto mejora al animal en un sentido evolutivo (tal vez parezca más atractivo para socios potenciales o se destaque más) puede conducir al origen de una nueva especie.
Este trabajo nos recuerda las maravillas de la naturaleza y muestra que la evolución es un proceso continuo.
Para conservar las especies necesitamos proteger la mayor parte posible de su complejidad genética. Cada individuo de una población contiene un genoma único y cada pequeña variación es producto de millones de años de evolución en el pasado. También podría ser la clave para el desarrollo de una nueva especie en el futuro.
Simón GriffithProfesor de Ecología del Comportamiento Aviar, Universidad Macquarie y Daniel HooperBecario Postdoctoral, Bioinformática y Biología Computacional, Museo Americano de Historia Natural
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