El gen que define el comportamiento sexual de algunas mariposas
La portada de la más reciente revista “Science” destaca la investigación que aporta una pieza clave para entender uno de los secretos evolutivos: ¿Por qué unas mariposas machos prefieren aparearse con hembras de alas rojas y llamativas? En los hallazgos participaron científicos colombianos, quienes ayudan a entender por qué en el neotrópico tenemos tantas especies.
Si alguna vez ha exclamado “¡Miren esta mariposa!”, atraído por sus brillantes colores en sus alas, no es el único… o la única. Los machos de la especie Heliconius timareta, que revolotean en el piedemonte llanero colombiano, también buscan “desesperadamente” a las hembras que despliegan sus alas con franjas rojas muy vistosas.
Si bien ese color rojo lo utilizan las mariposas para ahuyentar a sus depredadores, un estudio que acaba de ser publicado en la prestigiosa revisa Science, realizado por científicos de diversos países, entre ellos de la Universidad del Rosario en Colombia, identificó que hay un gen directamente responsable del comportamiento sexual de estos machos. Este gen hace que los machos se inclinen decididamente por las hembras “vestidas” de rojo.
Esta preferencia la han heredado de sus hermanas, las Heliconius melpomene. Y es que el género Heliconius, que cuenta con 43 especies con patrones de colores diferentes, ha sido blanco de estudio desde hace décadas porque, de acuerdo con quienes estudian estos insectos -los lepidopterólogoses un excelente modelo para estudiar aspectos de la evolución.
La evolución de los seres vivos tiene que ver con su estructura genética. En un estudio de 2020, publicado en Nature Communications, el biólogo evolutivo Matteo Rossi, de la Facultad de Biología en la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich, Alemania, concluyó que eran cinco los genes candidatos finalistas “que probablemente influirían en la preferencia de pareja en Heliconius”, según explicó a El Espectador.
“Con el nuevo estudio en Science encontramos el gen entre esos cinco candidatos”, afirmó Rossi, uno de los autores de la publicación, cuyo interés se centra en las bases genéticas de la evolución del comportamiento.
La historia es mucho más larga. Uno de sus protagonistas, y también coautor del artículo, es el biólogo colombiano Mauricio Linares, quien se ha dedicado a estudiar estas mariposas desde el siglo pasado en diferentes universidades privadas de Bogotá, entre ellas la del Rosario. PhD en genética de poblaciones y evolución en la Universidad de Texas, Linares asegura haber introducido a Colombia la crianza de algunas especies de mariposas Heliconius, “que se volvieron una vedette como modelo biológico de estudio”.
El coqueteo de las mariposas “Heliconius”
En un proceso que pudo haber tomado cerca de un millón de años, los investigadores demostraron cómo la H. timareta se las ingenió para adquirir de su parienta muy cercana, la H. melpomene no solo el gen de su color rojo, sino también el gen responsable de la evolución de las preferencias visuales. Sucedió en un corto período por hibridación, el cruce de dos especies.
H. timareta no esperó a producir ella misma la mutación de preferir el color rojo, lo que le hubiera tomado siglos. Prefirió tomarlo prestado de H. melpomene, según explica Linares. Así, al momento de buscar pareja, los machos con el gen denominado regucalcin1 prefieren conquistar y aparearse con hembras de alas rojas.
La investigación tuvo lugar en mariposarios, donde se simulan las condiciones naturales en las que se encuentran estas especies, así como en sofisticados laboratorios que revisan cuidadosamente el ADN de los individuos estudiados.
En esos mariposarios -que en el caso de Colombia al comienzo estaban en La Vega y eran bastante artesanales, y luego pasaron a la Estación Experimental de la Universidad del Rosario- se les brinda a las mariposas “todos sus requerimientos ecológicos, con miras a que se sientan en su casa”, explica Linares; la idea es “compenetrarte con ellas, vivir, aprender y hacer experimentos con ellas”.
Luego vino la etapa de observación. El trabajo minucioso de los científicos del laboratorio de Richard Merril, en Múnich, consistió en conocer la procedencia genética de las mariposas y “en determinados contextos experimentales en el que ofreces hembras con color rojo y sin color rojo, preguntarles a los machos cuáles prefieren; con mucho cuidado tomas nota de sus preferencias, cuánto tiempo dura el cortejo, así como de otras variables”, explica Linares. Simultáneamente, se le extrae el ADN a partir del tejido cerebral o del tórax de las mariposas a las que se le está haciendo seguimiento sobre su comportamiento sexual en relación con el color.
A partir del ADN iniciaron los estudios moleculares y de la secuenciación de ese ADN observaron que en esa última franja del cromosoma 18 había “una serie de picos y valles”, continúa Linares. “Donde están los picos te está mandando la señal de que existe cierto gen o genes que se correlacionan con el comportamiento particular en el experimento que tú hiciste en los mariposarios”.
››La investigación tuvo lugar en mariposarios donde se simulan las condiciones naturales en las que se encuentran estas especies.
Como el macho rojo prefirió una hembra de color rojo, el ADN de ese macho mostró un pico en ese sitio, y eso hace que esa franja se vuelva una región genética candidata para tener o bien el carácter mismo rojo o la preferencia por el color rojo.
“Se trata, en esencia, de correlacionar el comportamiento experimental del individuo vivo al que le sacaste el ADN, con lo que te muestra el genoma de ese mismo individuo cuando le haces el análisis genómico (en el computador)”, asegura Linares.
Impacto en la biodiversidad
La actual decana de la Facultad de Ciencias Naturales del Rosario, Carolina Pardo Díaz, también coautora del estudio, agrega: “Durante bastante tiempo hemos sabido que el gen que controla la coloración roja en las alas de estas mariposas se transfirió de una especie a otra por hibridación, y sospechábamos que lo mismo pudo haber pasado para el comportamiento de preferencia de machos por este color. Poder demostrar esto e identificar el gen específico no solo es muy emocionante, sino que representa un gran avance para entender la genética que controla la formación y mantenimiento de las especies en zonas de altísima biodiversidad como Colombia”.
La bióloga brasileña Andrea Tonolli Thomaz, profesora e investigadora de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Colombia, considera que “el trabajo es un ejemplo muy bonito de la importancia de comprenderse no solamente la cantidad de especies que hay en nuestro planeta, sino también los procesos responsables por generar la biodiversidad”.
En eso está de acuerdo el profesor investigador de la Facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Javeriana Giovanny Fagua, biólogo experto en evolución, cuando comenta que el resultado de la investigación es un gran aporte para explicar por qué en el neotrópico hay tantas especies. “Pocos estudios muestran el efecto de genes específicos sobre patrones de conducta, y este gran desarrollo es, además, hecho sobre un modelo en evolución: las mariposas Heliconius”, explicó a El Espectador. “Se resalta la importancia de la hibridación en la generación de variaciones genéticas locales y muestra que genes independientes pueden condicionar la expresión de patrones de color, y las preferencias en el reconocimiento de pareja, pudiendo evolucionar independientemente”.
Esa “introgresión o hibridación adaptativa”, dice Linares, “muestra su potencial evolutivo para el surgimiento de nueva biodiversidad”. Recuerda que el nombre de las mariposas Heliconius viene de la mitología griega, del dios y el monte Helicon, donde habitaban varias musas cuyo canto hipnotizaba a todo a su alrededor: cielo, estrellas, mar y ríos se detenían para escucharlo. Esas musas, dice, hoy en día son timareta, heurippa, melpomene, cydno, algunas de las especies Heliconius.
El estudio concluye que al “combinar el comportamiento, la genómica de la población y análisis de expresión, demostramos que dos especies de Heliconius han desarrollado las mismas preferencias de patrones rojos intercambiando material genético mediante hibridación”.
“Hasta el momento teníamos muy poca información de cómo los genes impactan estas preferencias”, dice Tonolli, resaltando el aporte significativo de la investigación, en el que “a través de la combinación de herramientas de comportamiento y genéticas, (posibilitó) hacer un link directo entre un gen y una característica comportamental de preferencia”.
El reto ahora, de acuerdo con el artículo de Science, es determinar los mecanismos moleculares y neuronales con los que actúa el gen regucalcin1. “No sabemos realmente cómo este gen en Heliconius afecta los procesos neuronales”, se lamenta Rossi. “Sin embargo, esto es ciertamente algo que estamos muy interesados en descubrir y, de hecho, es un siguiente paso importante para los investigadores del laboratorio Merrill. Actualmente estamos estudiando si este gen afecta la preferencia de pareja en otras especies de Heliconius”.