El estudio del genoma de especies representativas de distintas familias de aves ofrece una nueva visión sobre su origen evolutivo y diversificación.
12/12/2014
Un consorcio internacional ha presentado el árbol filogenético de las aves modernas basándose en datos de secuenciación del genoma de 48 especies. El proyecto, en el que han participado científicos del Centro de Regulación Genómica (CRG) en Barcelona y de la Universidad Pompeu Fabra, resuelve algunas de las incógnitas que rodean la evolución de las aves. Entre otros avances, define el árbol familiar de las aves y explica la evolución de su genoma; determina la función del canto y el momento en que apareció en las diferentes familias, identifica cuándo perdieron los dientes, estudia la relación entre los genomas de las aves y otros reptiles como los cocodrilos y presenta el origen de los cromosomas sexuales en este grupo; además, propone un nuevo método para el estudio filogenético basado en datos secuenciación genómica masiva.
En el proyecto han participado más de 200 científicos de 80 instituciones repartidas en 20 países. Las especies estudiadas, entre las que se hallan cuervos, patos, halcones, periquitos, grúas, ibis, pájaros carpinteros y águilas, representan las principales familias de aves modernas. Los resultados se han publicado hoy en 8 artículos en un número especial de la revista Science y en 15 artículos más en otras revistas científicas de prestigio.
La genómica, una herramienta clave
Los estudios filogenéticos sobre la evolución de las aves modernas se habían basado hasta ahora en el examen de conjuntos de genes concretos que se relacionaban con características anatómicas o del comportamiento de estos animales. En este proyecto, en cambio, se ha comparado el genoma entero de las especies más representativas, lo que ha permitido reconstruir el árbol filogenético de las aves con mucho más detalle. Se han establecido así las relaciones de parentesco entre grupos y el momento en que estos divergieron durante la evolución.
Los resultados indican que las aves presentan escasas repeticiones en el ADN y que ya desde el inicio de su aparición perdieron cientos de genes que habrían compartido en el pasado con los humanos. En concreto, se trata de genes implicados en funciones importantes como la reproducción, la formación del esqueleto o los pulmones. Las aves controlan ahora estos aspectos desde otra aproximación, lo cual explicaría por qué presentan un esqueleto más ligero, un sistema respiratorio tan particular, una gran variedad de especialidades en la dieta y muchos otros rasgos característicos diferentes a los mamíferos.
Principales resultados
El proyecto ha revelado diversos aspectos de la biología de las aves, desde la neurofisiología hasta la genética de poblaciones. De este modo, se han descubierto paralelismos entre los patrones de actividad genética en las áreas del cerebro involucradas en el canto de las aves y en el habla humana. El aprendizaje vocal, esto es, la capacidad para emitir sonidos, modificar el tono y reproducir un sonido por imitación, evolucionó de forma independiente como mínimo, en dos ocasiones. Se ha descubierto que los circuitos cerebrales para el aprendizaje musical y vocal en aves y en humanos son similares, pero se ha llegado a ellos por vías diferentes en la evolución.
También se ha establecido el momento en que las aves perdieron los dientes. Al comparar el genoma de las aves actuales con el de especies de vertebrados se ha constatado que las primeras presentaban mutaciones en grupos de genes que codifican el esmalte y la dentina. Cinco de estos genes relacionados con la formación de dientes se habrían inhabilitado hace más de 100 millones de años, en algún antepasado de las aves modernas.
Las secuencias también apuntan a una explosión en la diversidad del grupo hace entre 67 millones y 50 millones de años, un periodo en el que se cree que los dinosaurios no avianos se extinguieron a causa del impacto de un asteroide. Los mamíferos también habrían proliferando por entonces, y ambos grupos habrían aprovechado los nichos desocupados por los dinosaurios.
Aves y demás parientes
El proyecto, además de secuenciar los genomas de las aves, también ha secuenciado los genomas de los reptiles actuales más cercanos a estas, los cocodrilos, una tarea en la que ha participado el CRG. Al compararlos con los genomas de las aves se podido reconstruir parcialmente el que sería el genoma del ancestro común de los arcosaurios, lo que constituye una herramienta muy valiosa para el estudio del origen los cocodrilos, las aves y los dinosaurios. Los datos demuestran que los cocodrilos han evolucionado relativamente poco y que, por tanto, son un reflejo bastante fiable de sus antepasados. La diversificación rápida de las aves en muchos grupos visiblemente diferentes contrasta con la estabilidad e inmovilidad de los cocodrilos, que se han mantenido prácticamente iguales después de muchos años de evolución. Ello demuestra cuán relativa es la velocidad evolutiva en grupos diferentes y de cómo la oportunidad de diversificación para ocupar nuevos nichos ecológicos genera diversidad morfológica y especiación en poco tiempo.
Más información en Science y en la página del proyecto Avian Phylogenomics Project
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