¿Cómo adaptan las estrellas de mar su genoma al lugar donde viven?

Las estrellas de mar espinosas que habitan las aguas relativamente cálidas y salinas del Mediterráneo no son genéticamente idénticas a las que viven alrededor de las Islas Británicas, aunque pertenezcan a la misma especie y, vistas desde fuera, apenas den pistas de esas diferencias. Una investigación liderada por la Estación Biológica de Doñana-CSIC y la Universidad de Barcelona ha encontrado una explicación escondida en la arquitectura de sus cromosomas.

El estudio revela que aproximadamente el 18,6 % del genoma de Marthasterias glacialis se encuentra dentro de grandes regiones compatibles con inversiones cromosómicas. Dicho sin bata blanca: son fragmentos de ADN cuya orientación aparece invertida en determinados individuos y cuyas variantes no se reparten al azar. Algunas predominan en regiones cálidas y salinas, como el Mediterráneo; otras aparecen con mayor frecuencia en aguas frías, como las de las Islas Británicas.

Eso no significa que una estrella de mar llegue a una costa distinta y ponga su ADN patas arriba para acomodarse. La adaptación funciona a escala de poblaciones y generaciones. Lo que sugiere el trabajo es algo bastante más interesante: ciertas configuraciones genéticas heredadas pueden conservarse porque resultan favorables bajo unas condiciones ambientales concretas.

Casi una quinta parte del genoma aparece reorganizada

Las inversiones cromosómicas se producen cuando un segmento de un cromosoma queda colocado en orientación inversa. Los genes siguen ahí, pero cambia la estructura del tramo. Y esa reorganización puede tener consecuencias importantes porque dificulta la recombinación genética habitual dentro de esa zona.

Los investigadores identificaron 16 grandes bloques genómicos polimórficos compatibles con este fenómeno. En conjunto abarcan ese llamativo 18,6 % del genoma, una proporción suficientemente elevada como para convertir a la estrella de mar espinosa en un caso especialmente interesante para estudiar la evolución de los animales marinos.

La cuestión no es únicamente cuánto ADN está implicado, sino qué contiene. En esas regiones aparecen genes relacionados con la respuesta al estrés térmico, la osmorregulación —el control del equilibrio de agua y sales—, el sistema inmunitario y la percepción del entorno.

Un paquete genético que cuesta más separar

Cuando existe una inversión cromosómica, determinados genes pueden permanecer asociados durante más generaciones porque esa región se recombina menos. Es como barajar una baraja dejando siempre un pequeño grupo de cartas pegadas. Ese detalle aparentemente menor puede alterar de forma considerable cómo se transmite la variación genética.

Ese efecto podría permitir conservar juntas combinaciones genéticas útiles para sobrevivir bajo unas condiciones específicas. Temperatura y salinidad, precisamente dos de los grandes contrastes entre el Atlántico nororiental y el Mediterráneo, aparecen estrechamente relacionadas con la distribución geográfica de varias de las variantes detectadas.

La naturaleza, poco dada a respetar nuestros esquemas limpios, puede mantener así diferencias locales importantes incluso cuando los individuos de una especie continúan intercambiando genes entre regiones.

El misterio de unas larvas capaces de viajar cientos de kilómetros

Aquí aparece una de las partes más curiosas del estudio. Una estrella de mar adulta no es precisamente una viajera infatigable: se desplaza poco y permanece ligada al fondo marino. Sus larvas, en cambio, pueden recorrer cientos de kilómetros arrastradas por las corrientes.

Eso conecta poblaciones muy alejadas. El intercambio genético debería tender a diluir las diferencias regionales, porque los genes viajan con esas larvas de una zona a otra. Y, de hecho, los investigadores detectaron una conectividad considerable entre poblaciones, incluso con migrantes entre diferentes regiones ecológicas.

Pero determinados sectores del genoma parecen resistirse a esa batidora genética. Se mezclan mucho menos y mantienen configuraciones distintas según el lugar. Esa combinación —gran movilidad larvaria por un lado, diferenciación genética por otro— es precisamente lo que vuelve tan sugerente el hallazgo.

296 estrellas de mar y 19 puntos del Atlántico y Mediterráneo

Para llegar hasta ahí, el equipo examinó 296 ejemplares de Marthasterias glacialis procedentes de 19 localidades del Atlántico nororiental y el Mediterráneo occidental. Las muestras incluían poblaciones de las Islas Británicas, Azores, la costa atlántica europea y distintas áreas mediterráneas.

Después se analizaron miles de marcadores distribuidos por el genoma y se compararon con un genoma de referencia de la especie. Los datos genéticos se cruzaron con información ambiental, especialmente temperatura y salinidad, para comprobar si la distribución de esos grandes bloques cromosómicos coincidía con las condiciones de cada región.

El resultado fue bastante más complejo que una simple frontera genética entre Atlántico y Mediterráneo. El genoma conserva señales de diferenciación pese al intercambio entre poblaciones, una especie de mapa histórico donde migración y adaptación local llevan tiempo tirando de la misma cuerda.

Del Mediterráneo cálido a las aguas británicas

Marthasterias glacialis, conocida como estrella de mar espinosa, ocupa ambientes rocosos de una extensión enorme: aparece desde el Atlántico nororiental y la Macaronesia hasta el Mediterráneo. Dentro de semejante territorio cambian la temperatura, la salinidad, las corrientes y muchas otras condiciones ecológicas.

El estudio encontró variantes cromosómicas más frecuentes en el Mediterráneo y otras asociadas con regiones frías como las Islas Británicas. Esa correspondencia geográfica apunta hacia una posible adaptación local, aunque los científicos son prudentes: asociación genética y ambiental no equivale todavía a demostrar que una inversión concreta haga directamente más resistente a un animal.

Faltan experimentos capaces de comprobar, por ejemplo, si ejemplares con determinadas variantes soportan mejor una subida de temperatura, un cambio de salinidad o muestran diferencias en crecimiento y reproducción. Es una frontera importante. La genética permite señalar el sospechoso; aún falta reconstruir el crimen y demostrar qué efecto biológico tiene cada variante.

Una pista para entender cómo responderán al calentamiento del mar

La investigación tiene una derivada evidente en plena transformación de los océanos. Si poblaciones aparentemente similares guardan variantes adaptativas diferentes, tampoco tiene por qué ser idéntica su respuesta frente al calentamiento, las olas de calor marinas o las variaciones de salinidad.

Esto importa para la conservación. Considerar una especie como un bloque homogéneo porque sus poblaciones mantienen contacto puede esconder diferencias biológicas relevantes. Dos poblaciones conectadas por corrientes pueden compartir buena parte de su patrimonio genético y, al mismo tiempo, conservar regiones genómicas especialmente valiosas para enfrentarse a su ambiente particular.

El trabajo tampoco demuestra que estas inversiones garanticen la supervivencia ante el cambio climático. Sería ir demasiado lejos. Sí proporciona un mecanismo plausible para explicar cómo se mantiene diversidad adaptativa dentro de una misma especie pese al flujo constante de genes entre regiones.

Un pequeño animal con un gran experimento evolutivo dentro

Durante mucho tiempo, buena parte de la genética evolutiva se concentró en pequeños cambios de las letras del ADN. Este estudio recuerda que también importa cómo está organizado el libro entero. Cambiar el orden o la orientación de grandes capítulos puede alterar la manera en que determinadas combinaciones genéticas pasan de una generación a otra.

La estrella de mar espinosa ofrece, además, un laboratorio natural especialmente limpio para observar ese proceso: poblaciones conectadas, ambientes muy distintos y grandes bloques del genoma que conservan diferencias regionales.

Queda por demostrar hasta qué punto esas inversiones determinan características visibles como la tolerancia al calor, la resistencia a cambios de salinidad o el éxito reproductivo. Pero el paisaje genético encontrado es difícil de ignorar. Bajo la apariencia sencilla de una estrella pegada a una roca hay una historia evolutiva bastante más movida que el propio animal.