Científicos descubren el mecanismo de los peces eléctricos

Un equipo de investigadores dirigido por Michael Sussman, de la Universidad de Wisconsin-Madison, Harold Zakon, de la Universidad de Texas, en Austin, y Manoj Samanta, del Instituto Systemix en Redmond, Washington, todos ellos en Estados Unidos, han identificado las moléculas reguladoras involucradas en las vías genéticas y de desarrollo que los peces eléctricos utilizan para convertir un músculo sencillo en un órgano capaz de generar un potente campo eléctrico. El trabajo, publicado este viernes en la revista 'Science', establece la base genética del órgano eléctrico, una característica anatómica que sólo se encuentra en el pez y que se desarrolló de forma independiente una media de una docena de veces en ambientes que van desde los bosques inundados de la Amazonía hasta en turbios ambientes marinos.

"Estos peces han convertido un músculo en un órgano eléctrico", afirma Sussman, profesor de Bioquímica y director del Centro de Biotecnología de la Universidad de Wisconsin-Madison, que fue quien llevó a cabo la exploración del órgano eléctrico hace casi una década. El nuevo trabajo proporciona evidencia que apoya la idea de que los seis linajes de peces eléctricos, que evolucionaron de forma independiente, utilizan esencialmente los mismos genes y las vías de desarrollo y celulares para hacer un órgano eléctrico, necesario para la defensa, la depredación, la navegación y la comunicación.

"Lo que es sorprendente es que el órgano eléctrico surgió de manera independiente en seis ocasiones en el curso de la historia de la evolución", destaca Lindsay Traeger, estudiante graduada en Genética por la Universidad de Wisconsin-Madison y coautora principal del nuevo informe, junto con Jason Gallant, un profesor asistente de Zoología en la Universidad Estatal de Michigan. "El resultado sorprendente de nuestro estudio es que los peces eléctricos parecen utilizar la misma 'caja de herramientas genética' para construir su órgano eléctrico, a pesar del hecho de que ellos evolucionaron de forma independiente", agrega Gallant. A nivel mundial, hay cientos de peces eléctricos en seis grandes linajes. Su diversidad taxonómica es tan grande que el propio Darwin citó peces eléctricos como ejemplos críticos de la evolución convergente, en la que los animales no relacionados desarrollan de forma independiente rasgos similares para adaptarse a un entorno particular o nicho ecológico.

Más de 220 voltios

El nuevo trabajo, que incluye el primer proyecto de ensamblaje del genoma completo de un pez eléctrico, la anguila eléctrica de América del Sur, identifica los factores genéticos y los patrones de desarrollo de los animales utilizados para crear un órgano que, en algunos casos, puede liberar una descarga varias veces más potente que la corriente de una toma de corriente doméstica estándar. "Sólo los vertebrados han desarrollado este sistema y sólo entre los peces", señala James Albert, profesor de Biología en la Universidad de Louisiana y coautor del nuevo estudio. "Se necesita agua como elemento conductor", detalla.

El órgano eléctrico es utilizado por los peces en ambientes oscuros para comunicarse con los compañeros, navegar, aturdir a su presa y como defensa, probablemente una razón por la cual el fangoso Amazonas y sus afluentes están repletos de peces eléctricos, incluyendo la anguila eléctrica, el más potente de ellos. Aunque no es realmente una anguila, sino que más bien está estrechamente relacionado con el comúnmente llamado pez gato, la anguila eléctrica produce un campo eléctrico con sacudidas de hasta 600 voltios, señala Albert, quien añade que como medio de comunicación y navegación en la oscuridad, la generación de campos eléctricos de los peces funciona casi de la misma forma que la ecolocación para los murciélagos, porque se trata de peces nocturnos y generalmente viven en el fondo de un río lleno de barro, como el Amazonas.

Todas las células musculares tienen potencial eléctrico, de forma que una simple contracción de un músculo liberará una pequeña cantidad de tensión. Pero hace por lo menos 100 millones de años, algunos peces comenzaron a ampliar ese potencial evolutivo de las células musculares a otro tipo de células llamadas electrocito, células más grandes, organizadas en secuencias y capaces de generar voltajes mucho más altos que los que se utilizan para hacer trabajar a los músculos.

"Si se quita a la célula muscular la capacidad de contraerse y cambiar la distribución de las proteínas en la membrana celular, lo único que hacen es empujar los iones a través de una membrana para crear un flujo masivo de carga positiva", explica Traeger. La 'alineación en serie' de los electrocitos y la polaridad única de cada célula permite una 'suma de los voltajes', al igual que las baterías apiladas en serie en una linterna", apostilla Sussman. Además de la secuenciación y montaje del ADN del genoma de la anguila eléctrica, el equipo produjo secuencias de proteínas de las células de los órganos eléctricos y los músculos esqueléticos de otros tres linajes de peces eléctricos usando secuenciación de ARN y análisis. Un estudio comparativo computacionalmente mostró que los órganos eléctricos de los peces en todo el mundo utilizan las mismas herramientas genéticas y los patrones celulares y de desarrollo para crear de forma independiente el órgano eléctrico.