El árbol de la vida y el misterio de los genomas gigantes
El mundo natural siempre nos sorprende con fenómenos asombrosos. Uno de ellos es el helecho Tmesipteris oblanceolata, que crece en la isla de Nueva Caledonia y posee el genoma más grande de cualquier organismo vivo conocido. Este helecho alberga 160.750.000.000 pares de bases en su ADN, lo que equivale a una altura de 100 metros si se apilaran uno sobre otro. Este descubrimiento plantea interrogantes sobre la capacidad de las células para almacenar información genética y desafía la idea de que la complejidad de un organismo se correlaciona con su carga genética.
Este fascinante helecho, perteneciente a un género de plantas vasculares con pocas especies, ha dejado boquiabiertos a los científicos debido a la cantidad descomunal de ADN que alberga. Investigadores del Real Jardín Botánico de Kew y del Institut Botànic de Barcelona han revelado que el genoma de Tmesipteris oblanceolata supera en un 7% al de la planta con el genoma más grande previamente conocido, la Paris Japonica.
Durante una expedición a Nueva Caledonia en 2023, expertos analizaron muestras de este helecho para estimar el tamaño de su genoma. Descubrieron que el Tmesipteris oblanceolata es el organismo eucariota con más ADN almacenado en el núcleo de sus células en todo el planeta. A pesar de su aspecto modesto y poco llamativo, este helecho esconde un secreto genético de proporciones colosales.
Un genoma tan extenso tiene implicaciones biológicas significativas. Requiere más energía para replicarse y mantener la integridad celular, lo que puede hacer que la adaptación a cambios ambientales sea más desafiante. Los ciclos reproductivos de organismos con genomas grandes suelen ser más lentos y demandan mayores recursos nutricionales. A pesar de estas dificultades, los genomas gigantes como el de Tmesipteris oblanceolata despiertan un gran interés científico por su rareza y su impacto en la evolución.
La complejidad de un organismo no siempre está relacionada con el tamaño de su genoma, como lo refleja la paradoja del valor C en biología. La mayoría del ADN en los genomas más grandes consiste en secuencias repetitivas, que anteriormente se consideraban «ADN basura». Este hallazgo desafía las concepciones previas sobre la relación entre tamaño del genoma y complejidad del organismo.
En un mundo lleno de diversidad genómica, la planta más discreta puede albergar el mayor tesoro genético. Las plantas ocupan un lugar destacado en la lista de organismos con genomas gigantes debido a su capacidad para sobrevivir y adaptarse a través de procesos de hibridación y duplicación genómica. Este descubrimiento plantea nuevas interrogantes sobre los límites de la biología y la biodiversidad, desafiando nuestro entendimiento de lo que es posible en el reino natural.
La investigación científica continúa revelando los misterios ocultos en los genomas de los organismos vivos, brindando nuevas perspectivas sobre la evolución, el funcionamiento y la diversidad de la vida en la Tierra. Cada hallazgo nos acerca un poco más a comprender la complejidad y la maravilla de la naturaleza.
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El árbol de la vida tiene estas cosas. Un helecho, que puede parecer un organismo no demasiado complejo, resulta que es el ser vivo con el genoma más grande. Crece en Nueva Caledonia (isla de Oceanía bajo soberanía francesa) y si se pudieran poner los 160.750.000.000 pares de bases de su ADN uno encima del otro, se elevaría hasta los 100 metros, 50 veces más que el ADN humano. El descubrimiento plantea nuevas preguntas sobre cuánto material genético se puede almacenar en las células y sobre la falta de correlación entre complejidad y genética.
Sobre los troncos caídos de las selvas de Nueva Caledonia crece el Tmesipteris oblanceolata, un helecho que pertenece a un género de plantas vasculares de las que apenas hay una quincena de especies. Se sabía que al menos dos de sus primas hermanas tenían genomas gigantes. Pero hasta ahora, el organismo que contenía el ADN con un mayor número de pares de bases era otra planta, la Paris Japonica. Ahora varios investigadores de los que caracterizaron la longitud genética de la P. japonica, han descubierto que el genoma de la T. oblanceolata es un 7% mayor.
En un nuevo estudio publicado en la revista científica iScience, investigadores del Real Jardín Botánico de Kew (Reino Unido) y del Institut Botànic de Barcelona (IBB-CSIC) presentan los resultados de su trabajo con este helecho, demostrando que cuenta con la mayor cantidad de ADN almacenado en el núcleo de sus células de cualquier organismo vivo eucariota del planeta. Si fuera un ovillo por desliar, el T. oblanceolata se extendería entre 105 y 106 metros. “No es una planta icónica, no tiene flores, ni es llamativa. De hecho, es un hierbajo que, si no lo estás buscando, lo pisotearías sin darte cuenta”, dice Jaume Pellicer, investigador del Institut Botànic. ”Ni siquiera parece un helecho, no se parece a la imagen tradicional que tenemos de ellos. Pero tiene algo que le hace especial, tiene un genoma gigante”, recuerda.
“No es una planta icónica, no tiene flores, ni es llamativa. De hecho, es un hierbajo que, si no lo estás buscando, lo pisotearías sin darte cuenta”
Jaume Pellicer, investigador del Institut Botànic de Barcelona (IBB-CSIC)
En 2023, Pellicer y su colega del IBB Oriane Hidalgo, viajaron a Nueva Caledonia para recoger muestras de Tmesipteris, que luego analizaron para estimar el tamaño de sus genomas. En su versión resumida, el proceso necesita aislar los núcleos de miles de células, teñirlos con un tinte fluorescente y luego medir cuánto tinte se había unido al ADN dentro de cada núcleo: cuanto más tinte, más grande era el genoma. “Para calcular el tamaño, usamos patrones internos, plantas cultivadas como la del guisante, el arroz o el tomate, que se conocen muy bien”, cuenta Pellicer. En este caso, el estándar que usaron fue el del ajo, que es la planta cultivada con un mayor número de pares de bases, en su caso, 34 gigabases (Gbp, por sus siglas en inglés; cada una son 1.000 millones de pares de bases). Por comparación, el genoma humano contiene alrededor de 3,2 Gbp distribuidos en 23 cromosomas y, cuando se estira, la longitud del ADN en cada célula apenas supera los dos metros.
“Tmesipteris es un pequeño género único y fascinante de helechos, cuyos antepasados evolucionaron hace unos 350 millones de años, mucho antes de que los dinosaurios pisaran la Tierra, y se distingue por su hábito principalmente epífito [que crece principalmente en troncos y ramas de árboles]”, dice Pellicer. En una entrevista por videollamada, reconoce que cuando cifraron el genoma de la P. japonica años atrás, creyeron haber llegado al límite, que no podría haber otro organismo más grande en términos genéticos. “La hipótesis de que quizás no había mayor diversidad se basaba en que no habría posibilidad de mantener biológicamente un genoma más allá de las 150 gigabases. Estábamos equivocados”, añade.
Un genoma tan grande tiene sus costes. Requiere más recursos energéticos a la hora de replicar el ADN, de dividir las células. En las células más grandes, la integridad de la estructura física requiere de un aporte mayor de energía. Es más costoso a nivel metabólico. “Por eso pensamos que los hace menos ventajoso a la hora de adaptarse a los cambios constantes, tanto climáticos como de contaminación”, explica Pellicer. Tienen unos ciclos reproductivos que son mucho más lentos porque el ciclo celular es mucho más largo que en una planta con un genoma pequeño. Y la demanda de nutrientes que requieren para construir los ácidos nucleicos es mucho mayor. “Así que creemos que, a lo largo de la evolución, han ido siendo eliminados”, añade Pellicer. De hecho, termina, “los genomas gigantes son la excepción, a pesar de la extraordinaria diversidad de tamaños genómicos que hay, la gran mayoría de plantas tienen genomas pequeños o muy pequeños, por eso nos interesan tanto”.
Los biólogos la conocen como la paradoja del valor C: el tamaño del genoma no se correlaciona con la complejidad del organismo y eso les ha roto la cabeza durante décadas. “Se pensaba que cuando más complejo era un organismo, mayor debía ser el tamaño de su genoma. Ahora sabemos que no es así”, comenta el investigador del IBB. “Y principalmente se debe a que la mayor parte del genoma está compuesto de secuencias de ADN repetitivas, lo que se ha venido llamando ADN basura porque se creía que no tenía función alguna”, añade.
Ninguno de los diez organismos con mayor genoma podría ser, visto con ojos humanos, un ser vivo muy complejo. Además de la T. oblanceolata y la P. japonica, en la lista aparece otro helecho del género de la primera y el muérdago europeo, que cierra la lista, con 100,84 Gbp. En este top ten solo hay cuatro animales, como el pez pulmonado jaspeado (129,90 Gbp) o el perro de agua del río Neuse (117,47 Gbp), emparentado con las salamandras.
Pol Fernández, coautor del estudio y también del IBB da algunas razones sobre el orden de la lista de los mayores genomas: “La mayoría son plantas y es que a nivel genómico son capaces de ser viables haciendo muchos procesos de hibridación. Cuando hay estos genomas tan gigantes es porque ha habido muchísimas duplicaciones de genomas, amplificaciones de elementos repetidos y esto en plantas sabemos que es mucho más frecuente y da especies viables más frecuentemente que en animales”.
Hasta la fecha, científicos de todo el mundo han estimado el tamaño del genoma de más de 20.000 organismos eucariotas, revelando en el proceso una amplia gama de tamaños de genoma en todo el árbol de la vida. Se ha descubierto que estos, a su vez, tienen un profundo impacto no solo en su anatomía, ya que los genomas más grandes necesitan células más grandes para albergarlos y tardan más en replicarse, sino también en cómo funcionan, evolucionan y dónde y cómo viven.
“¿Quién hubiera pensado que esta planta pequeña y sencilla, sobre la que la mayoría de la gente probablemente pasaría sin darse cuenta, podría tener un récord mundial en tamaño de genoma?”, concluye Ilia Leitch, de Real Jardín Botánico de Kew, en una nota. Y añade: “En comparación con otros organismos, las plantas son increíblemente diversas en cuanto al ADN, y eso debería llevarnos a pensar sobre su valor intrínseco en el panorama más amplio de la biodiversidad global. Este descubrimiento también plantea muchas preguntas nuevas y apasionantes sobre los límites superiores de lo que es biológicamente posible, y esperamos resolver estos misterios algún día”.
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