Nuevos antecedentes sobre el origen, adaptación y diversificación de pingüinos aporta investigación genómica nacional

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Resultado de las Expediciones Científicas Antárticas organizadas por el INACH

El estudio que analizó 22 genomas de 18 especies de pingüinos situó el origen de estas especies en el período Mioceno en Nueva Zelandia y Australia, lo que indica que primero habitaron zonas templadas y luego fueron colonizando hacia las frías aguas antárticas.

Se muestra la historia evolutiva de los pingüinos. Hipótesis filogenética de especies de pingüinos y estimaciones de tiempo de divergencia. Cada una de las especies tiene a su lado una o varias letras (de la A a la J) esto corresponde a su distribución geográfica.

      Comunicaciones INACH- Los pingüinos son la única familia existente de aves buceadoras no voladoras del orden de los Sphenisciformes y que actualmente comprenden, al menos, 18 especies que se distribuyen tanto en ambientes polares como tropicales en el hemisferio sur. Su historia evolutiva, es decir, cómo las especies de pingüinos se fueron diversificando y adaptando a los diferentes entornos, sigue siendo una incógnita que busca conocer la comunidad científica internacional.

Algunas pistas están contenidas en el artículo “Análisis del genoma revela los impulsores de la diversificación de los pingüinos” publicado recientemente por la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS, por sus siglas en inglés) y que contó con el aporte de los investigadores nacionales Juliana Vianna, María José Frugone, Daly Noll y Elie Poulin, y una estrecha colaboración con especialistas de Brasil, España, Estados Unidos, Noruega, Francia, Australia, Sudáfrica e Inglaterra.

Se ve el resumen de los principales episodios de introgresión entre taxones de pingüinos. Las flechas representan el porcentaje de introgresión entre taxones para las ocho combinaciones de las cinco declaraciones de taxón evaluadas.

Ellos estudiaron 22 genomas nuevos de 18 especies diferentes de pingüinos para reconstruir el orden, el tiempo y la ubicación de su diversificación para rastrear cambios en sus nichos ecológicos a través del tiempo y para probar la adaptación asociada a través del genoma. “Este es el primer estudio con datos del genoma completo, que estudia toda la historia evolutiva, el origen, la diversificación, la adaptación, la historia demográfica y la introgresión. Acá secuenciamos el genoma completo de las especies, analizamos varios marcadores del genoma por separado y vimos que todos fueran coincidentes en esta filogenia o en esa topología”, precisa la doctora en Ciencias Biológicas, Juliana Vianna, académica e investigadora de la Pontificia Universidad Católica de Chile y autora principal del escrito.

Uno de sus objetivos era determinar si el grupo Aptenodytes, donde se ubican los pingüinos emperador y rey, era grupo hermano de los Pygoscelis (adelia, barbijo y papúa). “Existen algunas publicaciones que decían que habían pocos marcadores moleculares, con pocas partes del genoma, muy chicos y el año pasado se publicó un paper que mostraba que era grupo hermano de Pygoscelis, pero nosotros vimos que con todos los marcadores, incluso los marcadores que ellos utilizaron, el genoma mitocondrial, pero vimos que no”, explica la Dra. Vianna y afirma que el Aptenodytes era el clado hermano de todos los demás pingüinos existentes de la especie y distinta de otros que comprenden los géneros Pygoscelis, Spheniscus más Eudyptula y Megadyptes más Eudyptes.

Se ve el análisis de genes bajo selección en linajes de pingüinos existentes. El panel principal muestra los resultados del análisis de los genes seleccionados, que recuperaron dos grupos primarios conectados, uno asociado con funciones celulares generales (verde) y el otro relacionado con funciones asociadas con osmorregulación (función renal), inmunidad, termorregulación (por ejemplo, presión arterial) y capacidad de buceo (por ejemplo, metabolismo del oxígeno). Se muestra una lectura que presentó dos o más conexiones en el análisis de red (46 de 104 genes). Las funciones de lo identificados son más detallado en el gráfico circular en la parte inferior derecha

En este sentido, explica que el primer grupo a separar es el Aptenodytes, después se diversificaron los Pygoscelis que son los que actualmente viven en la península Antártica. Luego aparece el Spheniscus que colonizó América del Sur y África y que está integrado por el pingüino de Galápagos, de Humboldt, africano y magallánico, y que se separaron del pingüino pequeño (Little Penguin). Después aparece una especie amenazada del género Megadyptes (el de ojo amarillo) y separándose de ella viene el grupo Eudyptes que son los siete pingüinos que tienen penachos o crestas.

Juliana Vianna en isla Avian, bahia Margarita.

Los resultados confirman, además, que el árbol filogenético de los pingüinos tiene su origen en el Mioceno temprano en Nueva Zelandia y Australia, y no en la Antártica como se pensaba. Esto significa que los pingüinos ocuparon zonas templadas y luego fueron colonizando hacia las frías aguas antárticas y posteriormente regiones con mayores temperaturas.

La diversificación de los linajes de los pingüinos fue impulsada en gran parte por las condiciones climáticas cambiantes como el descenso de la temperatura en el océano Austral y la intensificación de la corriente circumpolar antártica. “Observamos que hubo un descenso muy importante de las temperaturas en mitad del Mioceno y ahí se separan varias zonas de los pingüinos. Una gran diversificación fue más actual, estimamos en el Pleistoceno. También vimos la intensificación de la corriente circumpolar, cuando se separó totalmente Sudamérica de Antártica, lo que favoreció que muchos pingüinos colonizaran otras regiones”, describe Vianna.

Los cambios en el nicho ecológico se acompañaron por adaptaciones en genes relacionados con la termorregulación, el metabolismo del oxígeno y la capacidad de buceo. En total, se identificaron 104 genes bajo selección natural entre miles de genes estudiados del genoma. “El ambiente genera una presión selectiva sobre el genoma, tenemos una cierta diversidad de individuos y cuando existe un cambio grande de temperatura, los que tienen las variantes que les proporcionan más supervivencia a la temperatura, van a sobrevivir. Entonces, esa parte del genoma está bajo selección natural del ambiente. Y nosotros queríamos observar cuáles genes del genoma estaban bajo selección”, explicó la Dra. Vianna.

El genoma también permite conocer la historia demográfica, es decir, saber cuáles eran los tamaños de la población de las diferentes especies en el pasado. El artículo muestra una gráfica que va desde el presente al pasado y en líneas grises aparecen los diferentes eventos de glaciación. “En algunos casos tuvo una disminución importante, durante el Último Máximo Glacial”, afirma.

Se muestra la historia demográfica de los pingüinos, en gris descolorido aparecen los eventos de glaciación.

La evolución de los grupos tuvo que ver con cambios importantes de temperatura en el pasado y colonizaciones hacia los diferentes continentes. Pero ahora quedaría observar qué sucederá con el cambio climático antropogénico. “El cambio climático causado por el hombre está ocurriendo demasiado rápido para que ocurra la adaptación de algunas especies; entonces lo que nosotros queremos hacer ahora es ver las proyecciones futuras de estas especies, utilizando datos ambientales y genéticos para afirmar qué pasará con ellos”, finaliza.

La investigadora valoró el apoyo del Instituto Antártico Chileno (INACH), en la ejecución de su proyecto “Microevolución de pingüinos en Antártica: Análisis genómico de SNPs para comprender su adaptación” (INACH RT_14-12), además del Fondecyt 1150517 y del Proyecto Anillo de Biodiversidad Genómica Antártica (Programa de Investigación Asociativa de la ex CONICYT), lo que les permitió participar de las Expediciones Científicas Antárticas desde el año 2014 hasta esta temporada.

El INACH es un organismo técnico dependiente del Ministerio de Relaciones Exteriores con plena autonomía en todo lo relacionado con asuntos antárticos y tiene entre sus misiones el incentivar el desarrollo de la investigación científica, tecnológica y de innovación en la Antártica, el fortalecimiento de Magallanes como puerta de entrada al Continente Blanco y promover el conocimiento de las materias antárticas a la ciudadanía.