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Arkhat Abzhanov revisa una selección de pinzones de Darwin conservados en el Museo de Historia Natural de Harvard. Él y sus colegas descubrieron una molécula que controla la longitud de los picos de las aves, lo que mejora su capacidad para sobrevivir con las semillas e insectos disponibles. (Foto del personal Kris Snibbe/Oficina de noticias de Harvard)
Los pinzones de Darwin son los emblemas de la evolución. Las aves que vio en las Islas Galápagos durante su famoso viaje alrededor del mundo en 1831-1836 cambiaron su pensamiento sobre el origen de nuevas especies y, eventualmente, el de los biólogos del mundo.
Darwin se preguntó acerca de los cambios en la forma de los picos de las aves de una isla a otra. Los llamados pinzones de cactus tienen picos más largos y puntiagudos que sus parientes, los pinzones terrestres. Los picos de los pinzones currucas son más delgados y puntiagudos que ambos. Estas adaptaciones los hacen más aptos para sobrevivir con los alimentos disponibles.
Investigadores de la Facultad de Medicina de Harvard han llevado la historia un paso más allá. Usando análisis genéticos modernos, encontraron una molécula que regula los genes involucrados en la formación de los picos de los pinzones de Darwin. La calmodulina es una proteína que se une y activa ciertas enzimas, lo que desencadena una señal que eventualmente activa o desactiva genes específicos, explica Arkhat Abzhanov, biólogo evolutivo de Harvard. Estas señales alteran el comportamiento de las células responsables de la escultura del pico.
Los miembros del equipo de investigación recibieron permiso para recolectar huevos de pinzones del Parque Nacional Galápagos, un grupo de islas rocosas en el Océano Pacífico, a unas 600 millas al oeste de Ecuador. Los pinzones hembras ponen nidadas de cuatro a cinco huevos, uno por día. Para evitar la interrupción y el abandono de los nidos, los investigadores tomaron solo el tercer huevo puesto.
En el Departamento de Genética de la Facultad de Medicina de Harvard, se examinaron 26 embriones de aves utilizando chips genéticos que revelan qué genes son los más activos en las cabezas de los pinzones en desarrollo. Luego, esta actividad se comparó con el tamaño y la forma de los picos de los adultos.
La investigación pronto se centró en la calmodulina como el interruptor que puede activar los genes implicados en el aumento de la longitud del pico. Esta proteína nunca antes había estado implicada en el desarrollo de los cráneos y rostros de ningún pájaro.
"Encontramos que la calmodulina se expresó en niveles detectablemente más altos en los pinzones de cactus en comparación con los pinzones terrestres y, por lo tanto, se asoció con sus picos más largos", dice Clifford Tabin, profesor de genética. "Este nivel más alto es tanto biológicamente relevante como funcionalmente importante para dar forma a los picos alargados, que se utilizan de manera especializada para sondear las flores y las frutas de los cactus en busca de polen, néctar y semillas". No se encontró el mismo aumento de calmodulina en pinzones terrestres de pico romo.
Un pico en la evolución
Cuando Charles Darwin vio por primera vez las Islas Galápagos, las describió como 10 islas situadas bajo el ecuador. Señaló que se originaron como volcanes y estaban llenos de cráteres. Algunos de los cráteres, que superan las islas más grandes, son de un tamaño inmenso y se elevan a una altura de entre tres y cuatro mil pies.
Al notar las diferencias en los hábitos de alimentación de los pinzones, Darwin escribió que los pinzones de cactus "a menudo se pueden ver trepando por las flores de los grandes árboles de cactus". Al ver la diversidad de picos y otras estructuras en los pinzones estrechamente relacionados, escribió en su cuaderno, "uno realmente podría imaginarse que una especie ha sido tomada y modificada para diferentes fines".
Darwin elaboró ??esta idea cuando publicó su bomba intelectual, el "Origen de las especies", unos 25 años después, en 1859. Especuló que las aves, parecidas a los estorninos, llegaron a las Islas Galápagos por el viento. La evolución se hizo cargo y diferentes grupos desarrollaron diferentes dietas. Cuando, escribió, un inmigrante se asentó por primera vez en una de las islas… indudablemente estaría expuesto a diferentes condiciones en las diferentes islas (donde) tendría que competir con un conjunto diferente de organismos. Entonces, la selección natural probablemente favorecería diferentes variedades en las diferentes islas.
En otras palabras, los picos cambiaron a medida que las aves desarrollaron diferentes gustos por frutas, semillas o insectos recogidos del suelo o cactus. Los picos largos y puntiagudos hicieron que algunos de ellos fueran más aptos para extraer semillas de los frutos de los cactus. Los picos más cortos y gruesos servían mejor para comer semillas que se encontraban en el suelo. Eventualmente, los inmigrantes evolucionaron en 14 especies separadas, cada una con su propio canto, preferencias alimenticias y formas de pico. Los pinzones currucas, por ejemplo, atrapan insectos con picos más afilados y delgados que los de los comedores de cactus.
Para el futuro, señala Abzhanov, quedan otros siete u ocho pinzones de Darwin de pico único para explorar. Estas aves sirven como un punto de partida ideal , porque están muy estrechamente relacionadas pero son muy diversas en forma y estructura.
También esperamos que la calmodulina sea importante en otros grupos de aves de pico largo. Sin embargo, esta no será la historia completa para aves como las cigüeñas y los ibis. El aumento de la actividad de la calmodulina conduce a un aumento modesto del 10 al 14 por ciento en la longitud del pico, lo que coincide bien con las diferencias de longitud entre los cactus y los pinzones terrestres, pero es posible que se requieran mecanismos adicionales para picos aún más largos".
Abzhanov, Tabin y sus colegas de Harvard, Princeton y el Instituto de Patología Molecular de Viena, Austria, publicaron el resultado de su investigación sobre los pinzones en la edición del 3 de agosto de la revista Nature.
Cuando se le preguntó acerca de la posibilidad de calmodulina en las cabezas de los humanos, Abzhanov responde: En este momento no sabemos si los mamíferos en general o los humanos en particular emplean calmodulina durante el desarrollo de sus cráneos y rostros. Sin embargo, es muy probable ya que la calmodulina parece estar involucrada en procesos de desarrollo craneofacial muy básicos. Sabemos que se expresa en el momento adecuado y en el lugar adecuado en el desarrollo de embriones de ratón. Sin duda seguiremos su(s) papel(es) durante el desarrollo de ratones y pollos.
El pinzón curruca (arriba) cuenta con un pico delgado y afilado más adecuado para arponear insectos. Los picos más cortos y robustos de los pinzones terrestres (centro) están adaptados para comer semillas que se encuentran en el suelo. Los de los pinzones de cactus (abajo) tienen forma para obtener semillas de cactus. (Escuela de Medicina de Harvard y Margaret Bowman)
¿Por qué los pinzones de Darwin tienen picos diferentes?
En las Galápagos, los pinzones evolucionaron en función de diferentes fuentes de alimento: los picos largos y puntiagudos servían bien para atrapar insectos, mientras que los picos anchos y romos funcionan mejor para romper semillas y nueces.
¿Qué controla los diferentes tamaños de pico en los pinzones de Darwin?
Las variantes genéticas del gen HMGA2 controlan el tamaño del pico en las aves, informan ahora el genetista evolutivo Leif Andersson y sus colegas. Las variedades de pico grande del gen estaban en fuerte desventaja durante la sequía, encontraron los investigadores.
¿Qué representaría un tamaño de pico más grande para los pinzones de Galápagos?
Debido a que la sequía redujo la cantidad de semillas y los pinzones con picos más grandes pudieron comer las semillas más grandes y duras, por lo que sobrevivieron más.
¿Qué determina el tamaño del pico de un pinzón?
Y es bien sabido que, históricamente, la comida es el principal impulsor del tamaño y la forma del pico en los pinzones de Darwin. La Sra. McNew y su equipo capturaron más de 1000 individuos de dos especies de pinzones de Darwin, el pinzón terrestre mediano, Geospiza fortis, y el pinzón terrestre pequeño, G. fuliginosa (Figura 1).