Identifican genes centrales para su migración y coloración
Dr. Gerardo Jiménez Sánchez
La mariposa monarca (Danaus plexippus) es quizás la más conocida de todas las mariposas de América del Norte y es única debido a su impresionante fenómeno migratorio. Durante el verano, busca plantas de algodoncillo para depositar sus huevos y, para protegerse contra predadores, produce compuestos tóxicos que almacena desde la fase de oruga hasta mariposa, mostrándolos como señales de alerta a través de sus colores naranja, negro y blanco. En otoño, las monarcas de América del Norte migran cerca de 4 mil 500 kilómetros hasta llegar a las montañas de México para hibernar.
A pesar de sus espectaculares colores y su impresionante fenómeno migratorio poco se conocía de los mecanismos moleculares que rigen estos rasgos. Utilizando el poder de la genómica, un grupo de científicos bajo el liderazgo de Marcus Kronforst de la Universidad de Chicago, logró descubrir genes centrales para la migración y la pigmentación de esta especie (Zhan, S., Nature, 2014; 514 (7522): 317). Para ello, los investigadores lograron secuenciar el ADN de 101 mariposas incluyendo monarcas de América del Norte, monarcas no migratorias de todo el mundo y algunas especies cercanas.
El análisis sobre los orígenes evolutivos de la monarca se llevó a cabo mediante la comparación de los genomas, logrando rastrear el linaje ancestral de las monarcas a una población migratoria que al parecer se originó en el sur de los Estados Unidos o en México.
La distribución actual de la monarca parece haber surgido de tres eventos de dispersión separados hacia América Central y del Sur, a través del Atlántico y del Pacífico.
En los tres casos, la mariposa perdió en forma independiente su comportamiento migratorio. Estas evidencias rompen con la hipótesis sostenida desde hace mucho tiempo en torno a que las monarcas de América del Norte surgieron a partir de una especie tropical no migratoria y que después adquirieron la capacidad de migrar. Si bien se pensaba que la dispersión de la monarca a través del Pacífico y el Atlántico se dio en los 1800s, el análisis genómico demuestra que esto ocurrió miles de años atrás.
La comparación del ADN entre las mariposas migratorias y las tres poblaciones no migratorias permitió identificar las bases genéticas de este fenómeno. Así, se descubrió que las mariposas migratorias tienen mutaciones que reducen la expresión del gen de la Colágena IV alfa-1. Un gen relacionado con la formación y función de los músculos para volar.
En consecuencia, las monarcas migratorias consumen menos oxígeno y tienen significativamente menos desgaste metabólico, lo que al parecer incrementa su capacidad para volar grandes distancias en comparación con las monarcas no migratorias. Estos hallazgos muestran que al perder la capacidad migratoria, su ADN cambia exactamente en ese gen.
Para investigar las bases genéticas de la conocida coloración de la mariposa monarca, los investigadores compararon el ADN de ejemplares de diferentes colores. Resultó útil conocer el genoma de monarcas de Hawai cuyas alas son blanco y negro en lugar del naranja vivo que caracteriza a aquellas de América. La comparación permitió descubrir un gen que parece tener la función de apagador de la pigmentación y que genera una proteína de la familia de la Miosina. Esto llamó la atención porque las proteínas relacionadas con los músculos nunca antes habían sido implicadas en la coloración de insectos. Las evidencias señalan que mutaciones en ese gen impiden el transporte del pigmento hacia las alas causando el color blanco de las monarcas de Hawai. De hecho, se ha demostrado que mutaciones en un gen equivalente en el ratón, el gen de la Miosina 5a, afecta la coloración de su pelo en la misma forma.
Si bien la mariposa monarca no está en peligro de extinción, su migración masiva a través de América del Norte sí lo está. En 1996, cerca de mil millones de monarcas migraron a México para hibernar, mientras que en el año 2013 se calcula que solo cerca de 35 millones lo hicieron. La falta de plantas de algodoncillo en su lugar de origen por el uso de herbicidas, así como la deforestación y sequía en su sitio de hibernación son contribuyentes principales a este fenómeno.
El paso de las mariposas a través de su ruta migratoria cumple una importante función polinizadora, contribuyendo a la reproducción de un gran número de plantas y propiciando la repoblación natural de especies vegetales. La desaparición de esta migración implicaría el colapso de ciertos nodos en estas redes alimenticias, así como la extinción de varias especies de plantas y animales que dependen directa o indirectamente de esos procesos de polinización.
Es urgente que aprendamos a conservar exitosamente los ecosistemas que tanta importancia tienen para la vida de quienes habitamos este planeta.
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gerardo.jimenez@genomicaybioeconomia.org
Director del Programa de Medicina Genómica y Bioeconomía,
Escuela de Salud Pública de Harvard.
Presidente ejecutivo, Global Biotech Consulting Group.
Presidente de Genómica y Bioeconomía A.C.