La capacidad de un crustáceo de las pozas de marea para sobrevivir a la privación de oxígeno, aunque carece de un conjunto clave de genes, aumenta la posibilidad de que los animales tengan más formas de tratar con ambientes hipóxicos de lo que se pensaba.
Publicados en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, los hallazgos de los investigadores de la Universidad Estatal de Oregón son importantes porque la hipoxia, áreas de bajo nivel de oxígeno, está aumentando en aguas de todo el mundo, en gran medida debido a factores causados por el hombre, como la escorrentía agrícola, la quema de combustibles fósiles y los efluentes del tratamiento de aguas residuales.
La hipoxia presenta un gran desafío fisiológico para los animales, cuya historia evolutiva incluye el desarrollo de mecanismos celulares para hacer frente a los cambios en la disponibilidad de oxígeno. La vía HIF, factor inducible por la hipoxia, es el principal mecanismo que utilizan los animales para detectar y regular los niveles de oxígeno.
Sin embargo, el crustáceo de la costa del Pacífico Tigriopus californicus, carece de los principales componentes genéticos de la vía HIF, y no tiene branquias ni pigmento respiratorio, una molécula, como la hemoglobina en los seres humanos, que aumenta la capacidad de transporte de oxígeno de la sangre. Aún así, es tolerante a niveles de oxígeno extremadamente bajos durante al menos 24 horas tanto en su etapa larval como en la adulta.
Investigaciones de la Universidad Estatal de Oregon sugieren que T. californicus puede depender de otros genes, aquellos involucrados en la reorganización de la cutícula y el metabolismo de la quitina, para responder con éxito al estrés hipóxico en su hogar intermareal; la cutícula se refiere a una capa secretada por y que cubre la epidermis, la capa externa de la piel, y la quitina constituye el exoesqueleto de un crustáceo.
La secuenciación de ARN de animales expuestos a condiciones que eran casi anóxicas, un tipo extremo de hipoxia, mostró más de 400 genes expresados, y el metabolismo de la quitina y los genes de reorganización de la cutícula mostraron patrones consistentes de cambio durante la anoxia.
«Esa vía es la solución potencial de este pequeño animal a la baja disponibilidad de oxígeno», señaló Felipe Barreto, coautor del estudio y profesor asistente de biología integrativa de la Facultad de ciencias de la OSU.
T. californicus se ha convertido en un modelo excelente para estudiar las adaptaciones fisiológicas en el ambiente marino, señaló la autora principal del estudio, Allie Graham, investigadora postdoctoral del laboratorio de Barreto.
El verano pasado, Graham recibió una beca de investigación posdoctoral en biología de dos años de la Fundación Nacional de Ciencias (National Science Foundation Postdoctoral Research Fellowship in Biology) para investigar cómo los organismos marinos enfrentan las condiciones ambientales estresantes, especialmente la hipoxia. Los patrones y mecanismos para la tolerancia a la hipoxia de T. californicus se han subestimado en gran medida, dijo.
«La hipoxia en las aguas oceánicas ha aumentado rápidamente en distribución, frecuencia y gravedad», dijo Graham. «Algunos ecosistemas costeros incluso alcanzan niveles de anoxia estacionalmente. El bajo nivel de oxígeno dificulta la vida de una amplia gama de organismos, y generalmente los peces y crustáceos tienen los niveles más bajos de tolerancia».
T. californicus vive en piscinas que son principalmente refrescadas por las olas en lugar de por las mareas altas, lo que las pone a ella y a los demás residentes de las piscinas bajo un estrés ambiental extremo, no sólo por el bajo nivel de oxígeno, sino también por las fluctuaciones en la salinidad, la acidez y la temperatura.
«Sin estructuras respiratorias ni pigmento, es probable que T. californicus dependa de la difusión cutánea para intercambiar dióxido de carbono por oxígeno», señaló Graham. «Su fisiología podría explicar cómo puede tolerar la pérdida de esa vía HIF crucial y, a su vez, cooptó otros mecanismos celulares de respuesta al estrés para mantener estables sus niveles de oxígeno.
«Como alguien que había pasado gran parte de mi trabajo doctoral discutiendo la importancia de la vía HIF para los animales en ambientes con oxígeno limitado, fue ciertamente un gran shock no encontrar estos genes presentes en el genoma de T. californicus», añadió. «La literatura actual discute esta vía como si fuera un hecho en todos los animales, lo que para los vertebrados es crucial para el desarrollo de los vasos sanguíneos e incluso juega un papel en la biología del tumor. Así que la ausencia de estos genes, el corazón de la vía HIF, es intrigante».