Los pájaros habían sido capaces de detectar fácilmente las antiguas polillas salpicadas de colores claros cuando se instalaban en los troncos de los árboles ennegrecidos por el hollín. En cambio, sus nuevas primas oscuras se confundían. El resultado: esas carbonarias tenían menos probabilidades de ser devoradas.

No es de extrañar que el número de polillas de color claro empezara a disminuir a medida que aumentaban sus primas oscuras. En 1970, en algunas regiones contaminadas, casi el 99% de las polillas de la pimienta eran ahora negras.

A finales del siglo XX, las cosas empezaron a cambiar. Las leyes para controlar la contaminación entraron en vigor gradualmente. Las empresas ya no podían arrojar tanta contaminación de hollín al aire. En poco tiempo, los pájaros volvieron a ver las polillas negras con facilidad. Ahora las polillas carbonarias se han vuelto raras y las polillas típicas vuelven a dominar.

La contaminación no hizo que las polillas fueran negras. Sólo dio una ventaja de camuflaje a las polillas que llevaban el cambio genético que convertía sus alas en negras. Y cuando la contaminación desapareció, también lo hizo la ventaja de las polillas oscuras.

Aún así, los científicos estaban desconcertados sobre cómo surgieron las polillas negras. Hasta ahora, claro. Investigadores ingleses han descubierto que la diferencia entre una polilla typica y una carbonaria se debe a un ajuste genético. Se produce en el gen conocido como corteza.

Los científicos informaron de su hallazgo el 1 de junio en Nature.

Un ejemplo de evolución de cambio rápido

Los genes contienen las instrucciones que indican a las células qué hacer. Con el tiempo, algunos genes pueden cambiar, a menudo sin razón aparente. Estos cambios se conocen como mutaciones. Este estudio «comienza a desentrañar exactamente cuál fue la mutación original» que produjo las polillas negras, dice Paul Brakefield. Es biólogo evolutivo de la Universidad de Cambridge (Inglaterra). El hallazgo, dice, «añade un nuevo y excitante elemento a la historia»

Los cambios en el color de las alas de las polillas de la pimienta son un ejemplo común de lo que los científicos denominan selección natural. En ella, los organismos desarrollan mutaciones al azar. Algunos de los cambios genéticos dejarán a los individuos mejor adaptados -o adaptados- a su entorno. Estos individuos tenderán a sobrevivir más a menudo. Y al hacerlo, transmitirán la mutación útil a su descendencia.

Con el tiempo, la mayoría de los individuos supervivientes serán portadores de ese gen alterado. Y si esto ocurre con suficientes individuos, pueden constituir una nueva especie. Esto es la evolución.

Otro ejemplo de adaptación y selección natural son las mariposas que copiaron, o imitaron, los patrones de color de otras. Algunas mariposas son tóxicas para las aves. Las aves han aprendido a reconocer los patrones de las alas de esas mariposas y a evitarlas. Las mariposas no tóxicas pueden desarrollar algunos retoques genéticos que hacen que sus alas se parezcan a las de las mariposas tóxicas. Las aves evitan las imitaciones. Esto permite que los imitadores aumenten en número.

Los detalles de los cambios genéticos que hay detrás de las adaptaciones de las mariposas y polillas de la pimienta habían eludido a los científicos durante décadas. Luego, en 2011, los investigadores rastrearon los rasgos hasta una región de genes que existe tanto en las polillas como en las mariposas. Sin embargo, el gen o los genes precisos que estaban detrás de los cambios seguían siendo un misterio.

En las polillas de la pimienta, la región de interés incluía unas 400.000 bases de ADN. Las bases son unidades químicas portadoras de información que componen el ADN. La región en estos insectos albergaba 13 genes distintos y dos microARN. (Los microARNs son piezas cortas de ARN que no llevan el plan para hacer proteínas. Sin embargo, ayudan a controlar la cantidad de ciertas proteínas que producirá una célula).

Búsqueda del cambio genético

«No hay realmente ningún gen que te diga a gritos ‘estoy involucrado en el patrón de las alas'», observa Ilik Saccheri. Es genetista evolutivo de la Universidad de Liverpool (Inglaterra). También dirigió el estudio sobre la polilla de la pimienta.

Saccheri y su equipo compararon esa larga región de ADN en una polilla negra y tres polillas típicas. Los investigadores encontraron 87 lugares en los que la polilla negra se diferenciaba de las de color claro. La mayoría de los cambios se producían en bases individuales del ADN. Estas variantes genéticas se conocen como SNP. Otros cambios eran adiciones o supresiones de algunas bases de ADN.

Una de las diferencias era un tramo inesperado de ADN de 21.925 bases. De alguna manera se había insertado en la región. Este gran trozo de ADN contenía múltiples copias de un elemento transponible. (Esto también se conoce como gen saltarín.) Como un virus, estos trozos de ADN se copian y se insertan en el ADN de un huésped.

El equipo examinó el ADN de cientos de polillas típicas más. Si una polilla de color claro tenía uno de los cambios, esto significaba que el cambio no era responsable de su prima de alas negras. Uno por uno, los científicos descartaron las mutaciones que podrían dar lugar a las alas negras. Al final, tenían un único candidato. Era el gran elemento transponible que había aterrizado en el gen de la corteza.

Pero este gen saltarín no aterrizó en el ADN que proporciona el plano para hacer alguna proteína. En cambio, aterrizó en un intrón. Se trata de un tramo de ADN que se corta después de que el gen se copie en ARN – y antes de que se produzca una proteína.

Para estar seguros de que el gen saltarín era el responsable de las alas negras vistas durante la Revolución Industrial, Saccheri y sus colaboradores calcularon la antigüedad de la mutación. Los investigadores utilizaron mediciones históricas de lo común que era el ala negra a lo largo de la historia. Con eso, calcularon que el gen saltador se situó por primera vez en el intrón de la corteza en torno a 1819. Ese tiempo dio a la mutación entre 20 y 30 generaciones de polillas para extenderse por la población antes de que la gente informara por primera vez de los avistamientos de las polillas negras en 1848.

Saccheri y sus colegas encontraron este elemento transponible en 105 de 110 polillas carbonarias capturadas en estado salvaje. No estaba en ninguna de las 283 polillas typica analizadas. Las otras cinco polillas, concluyen ahora, son negras debido a alguna otra variación genética desconocida.

Bandas de mariposa

Un segundo estudio en el mismo número de Nature se centró en las mariposas Heliconius. Estas coloridas bellezas revolotean por toda América. Y al igual que las polillas de la pimienta, han sido modelos de evolución desde el siglo XIX. Nicola Nadeau dirigió un grupo de investigadores que se propuso aprender lo que controla los colores de las alas en estas mariposas.

Nadeau es una genetista evolutiva de la Universidad de Sheffield en Inglaterra. Su equipo buscaba variantes genéticas asociadas a la presencia -o ausencia- de bandas amarillas en las alas. Esa coloración es importante porque esa banda amarilla ayuda a algunas especies de mariposas deliciosas a imitar a las de mal sabor. El equipo de Nadeau examinó más de un millón de bases de ADN en cada una de las cinco especies de Heliconius. Entre ellas estaba H. erato favorinus. Los científicos encontraron 108 SNPs en cada miembro de esta especie que tenía una banda amarilla en sus alas traseras. La mayoría de esos SNPs estaban en los intrones del gen de la corteza o fuera de ese gen. Las mariposas sin la banda amarilla no tenían esos SNPs.

Se encontraron otros cambios en el ADN alrededor del gen de la corteza que conducen a barras amarillas en las alas de otras especies de Heliconius también. Eso sugiere que la evolución actuó múltiples veces sobre el gen de la corteza para rayar las alas de los bichos.

Buscando pruebas de lo que hacen los ‘genes saltarines’

El hallazgo de que el mismo gen influye en los patrones de las alas de mariposas y polillas muestra que algunos genes pueden ser puntos calientes de la selección natural, dice Robert Reed. Es un biólogo evolutivo de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York.

Ninguna de las diferencias genéticas en las mariposas o polillas de la pimienta cambió el gen de la corteza en sí. Eso significa que es posible que el gen saltarín y los SNP no estén haciendo nada al gen. Los cambios podrían estar simplemente controlando un gen diferente. Pero la evidencia de que la corteza es realmente el gen sobre el que ha actuado la selección natural es fuerte, dice Reed. «Me sorprendería que estuvieran equivocados».

Aún así, no es obvio cómo el gen de la corteza cambiaría los patrones del ala, dice Saccheri. Señala que ambos equipos de investigación están «igualmente desconcertados sobre cómo hace lo que parece hacer».

Las alas de las polillas y mariposas están cubiertas de escamas de colores. Los equipos tienen pruebas de que el gen de la corteza ayuda a determinar cuándo crecen ciertas escamas del ala. Y en las mariposas y polillas, el momento del desarrollo de las escamas de las alas afecta a sus colores, dice Reed. «Ves que los colores aparecen casi como una pintura por números»

Las escamas amarillas, blancas y rojas se desarrollan primero. Las escamas negras vienen después. Se sabe que la corteza también participa en el crecimiento celular. Así que el ajuste de los niveles de la proteína que produce puede acelerar el crecimiento de las escamas de las alas. Y eso puede hacer que las escamas se coloreen. O puede ralentizar su crecimiento, permitiendo que se vuelvan negras, especulan los investigadores.

Los SNP, por supuesto, pueden alterar los genes pueden afectar a la coloración en otros organismos, incluidas las personas.

Pero el gran mensaje para llevar a casa en todo este trabajo, dicen los científicos, es cómo un simple cambio en un solo gen puede marcar la diferencia en el aspecto -y a veces la supervivencia- de una especie a medida que las condiciones cambian.

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