70 genes hacen «especial» a la jirafa

Investigadores han secuenciado los genomas de la jirafa y su pariente más cercano, el okapi de la selva africana, los cuales revelan las primeras pistas sobre los cambios genéticos que dieron lugar a la evolución del cuello excepcionalmente largo de la jirafa y que tiene el record de especie terrestre más alta del mundo. Las principales conclusiones se detallan en un artículo sobre el trabajo que se publica este martes en ‘Nature Communications’, del que informa Europa Press.

«La estatura de la jirafa, dominada por su largo cuello y las piernas y una altura total que puede alcanzar los 19 pies (aproximadamente 6 metros), es una proeza extraordinaria de la evolución que ha inspirado asombro y fascinación durante al menos 8.000 años, desde las famosas esculturas de piedra en Dabous, en la República de Níger», afirma Douglas Cavener, de la Universidad Penn State, en Estados Unidos, quien dirigió el equipo de investigación con Morris Agaba, del Instituto africano Nelson Mandela para la Ciencia y la Tecnología en Tanzania.

«Los cambios evolutivos necesarios para construir la imponente estructura de la jirafa y equiparla con las modificaciones necesarias para su ‘sprint’ de alta velocidad y funciones cardiovasculares potentes han seguido siendo una fuente de misterio científico desde la década de 1800, cuando Charles Darwin investigó sobre los orígenes evolutivos de la jirafa», dice Cavener, profesor de Biología y Decano de la Facultad de Ciencias Eberly en Penn State.

El corazón de la jirafa, por ejemplo, debe bombear sangre a lo largo de dos metros hacia arriba con fin de proporcionar un amplio suministro de sangre a su cerebro. Esta hazaña es posible porque el corazón de la jirafa ha evolucionado para tener un inusualmente grande ventrículo izquierdo y la especie también posee una presión arterial que es dos veces más elevada que en otros mamíferos.

Para identificar los cambios genéticos que podrían ser responsables de las características únicas de la jirafa, incluyendo ‘sprints’ que pueden alcanzar 37 millas por hora (60 km/h), Cavener y Agaba compararon las secuencias de genes codificantes de la jirafa y el okapi con las de más de 40 otros mamíferos, como la vaca, la oveja, la cabra, el camello y el hombre.

«Las secuencias genéticas del okapi son muy similares a las de la jirafa porque el okapi y la jirafa divergieron de un ancestro común hace sólo entre 11 y 12 millones de año, hace relativamente poco tiempo en una escala de tiempo la evolución», apunta Cavener. «A pesar de esta estrecha relación evolutiva, el okapi se parece más a una cebra y carece de la imponente altura de la jirafa y sus impresionantes capacidades cardiovasculares. Por estas dos razones, la secuencia del genoma del okapi ofrece una pantalla de gran alcance que hemos utilizado para identificar algunos de los cambios genéticos únicos de las jirafas», añade.

Mediante el uso de una batería de pruebas comparativas para el estudio de las secuencias del genoma de la jirafa y el okapi, los científicos descubrieron 70 genes que mostraron signos de múltiples adaptaciones. «Estas adaptaciones incluyen sustituciones de aminoácidos de secuencia única que se predice que alteran la función de proteínas, divergencia de secuencia de proteínas y selección natural positiva», detallla Cavener. Más de la mitad de los 70 genes codifican proteínas que se sabe que regulan el desarrollo y la fisiología de los sistemas esquelético, cardiovascular y sistema nervioso, justo el tipo de genes predichos que son necesarios para llevar al desarrollo de las características únicas de la jirafa.

Entre los descubrimientos del equipo de investigación están que varios genes que se sabe bien que regulan el desarrollo del sistema cardiovascular o controlan la presión arterial se encuentran entre los genes que muestran múltiples signos de adaptación de la jirafa. Algunos de estos genes controlan tanto el desarrollo cardiovascular como el desarrollo del esqueleto, lo que sugiere la intrigante posibilidad de que la estatura de la jirafa y el sistema cardiovascular evolucionaron en concierto a través de cambios en un pequeño número de genes.

Los científicos también hallaron pistas genéticas de la evolución del largo cuello y las piernas de la jirafa, que tienen el mismo número de huesos en el cuello y las piernas que los seres humanos y otros mamíferos. «Para lograr su extraordinaria longitud, las vértebras cervicales y los huesos de las piernas de las jirafas han evolucionado para aumentar en gran medida --apunta Cavener--. Se requieren al menos dos genes, un gen para especificar un mayor crecimiento de la región del esqueleto y otro gen para estimular el aumento del crecimiento».

Entre los 70 genes revelados en la investigación que son marcadamente diferentes en la jirafa, los científicos identificaron genes que se sabe que regulan ambas funciones. «El más intrigante de estos genes es FGFRL1, que tiene un grupo de sustituciones de aminoácidos únicas para la jirafa, que se encuentran en la parte de la proteína que se une a factores de crecimiento para fibroblastos, una familia de reguladores implicados en la regulación de muchos procesos, incluyendo el desarrollo embrionario», dice Cavener.

Esta vía del factor de crecimiento de los fibroblastos juega un papel crucial en el control del desarrollo, comenzando en el desarrollo temprano del embrión y extendiéndose a través de la fase de crecimiento óseo después del nacimiento de la jirafa. En los seres humanos y también en ratones, graves defectos esqueléticos y cardiovasculares se asocian con mutaciones debilitantes en este gen.

Los científicos también identificaron cuatro genes homeobox --el tipo que participa en el desarrollo de las estructuras del cuerpo-- que son conocidos por especificar las regiones de la columna vertebral y las piernas. Cavener especula que la combinación de los cambios en estos genes homeobox y el gen FGFRL1 podría apotar «dos de los ingredientes necesarios para la la evolución de largo cuello y las patas de la jirafa».

Agaba primero detectó que un grupo de genes que regulan el metabolismo y el crecimiento se separaron en la jirafa en comparación con el okapi. Uno de estos genes codifica el receptor de ácido fólico, que es una vitamina B esencial necesaria para el crecimiento

y desarrollo normal. Otros genes metabólicos que los científicos han encontrado que cambian de manera significativa en la jirafa son los que participan en el metabolismo de los ácidos grasos volátiles que se generan a partir de la fermentación de las plantas ingeridas, la principal fuente de energía de la jirafa y otros rumiantes como el ganado y las cabras.

La jirafa lleva una dieta inusual a base de hojas de acacia y vainas, que tienen alto valor nutritivo, pero también son tóxicas para otros animales. Los científicos especulan con que los genes responsables de la metabolización de las hojas de acacia pueden haber evolucionado en la jirafa con el fin de evitar esta toxicidad.

EP