GENÉTICA

De los pájaros de Chernóbil al origen de los pelirrojos

El científico español Ismael Galván y su equipo han descubierto que las aves del entorno de la central nuclear de Chernóbil se están adaptando a la exposición a la radiación a largo plazo. Pero no es la única sorpresa. Su trabajo es parte de un estudio más amplio sobre el papel de la feomelanina, el pigmento que da su color característico de pelo a los pelirrojos y cuya producción podría hacerles más vulnerables a la radiación en general.

Muestra un picogordo, una de las especies incluídas en el estudio
Muestra un picogordo, una de las especies incluídas en el estudio Ismael Galán et al.

Las consecuencias de un accidente nuclear se dejan notar casi inmediatamente en la fauna local. Timothy A. Mousseau y Anders P. Møller llevan estudiando desde los años 90 los efectos de la radiación en los alrededores de la central de Chernóbil, cuyo reactor explotó en 1986, y están comparando los resultados con lo que sucede en la zona de exclusión de la central nuclear de Fukushima desde el accidente de 2011.  Para sus trabajos recogen arañas, saltamontes, abejorros y pájaros, y analizan los niveles de daño en el ADN. Como norma general, todas las especies presentan caídas en la fertilidad, mutaciones y disminuciones de la población. Y una característica común en todos estos animales es que disminuye la producción de antioxidantes y aumenta el daño oxidativo en las células, lo que explica, en parte, que haya una tasa mayor de mutaciones. 

En su último trabajo, publicado en la revista 'Functional Ecology', y liderado por el científico español Ismael Galván, los investigadores han estudiado lo que sucede en las poblaciones de aves de Chernóbil a largo plazo, las que han sobrevivido a todas estas agresiones desde el principio, y lo que han visto es toda una sorpresa. "Lo que nosotros esperábamos encontrar era que los niveles de antioxidantes disminuyeran y que el daño en el ADN aumentara con la radiación", explica Galván a Next, "pero hemos encontrado justo lo contrario". Las aves parecen haberse adaptado a los niveles de radiación y muestran indicadores positivos de salud a mayor nivel de exposición.   

Para el estudio se recogieron muestras de sangre y plumas de 152 aves del entorno de la central de Chernóbil, de 16 especies diferentes y capturadas en zonas con niveles de radiación variables, desde los 0,02 hasta los 92,90 microsieverts por hora. En promedio, las aves recibían unos 14 16 microsierverts por hora, que es unas 70 veces la radiación que recibimos normalmente o el equivalente a que cada pájaro se hiciera una radiografía de tórax cada día durante sus cuatro años de vida de media.  

Anders Moller (derecha) y Timothy Mousseau (izquierda) llevan a cabo las investigaciones a largo plazo en Chernóbil y Fukushima

En cuanto al tipo de aves, "son bastante comunes, nada especiales", explica Galván. "Hemos muestreado mirlos, petirrojos, ruiseñores y pinzones". Para conocer el estado de salud de las aves se tomaron cuatro referencias clave: los niveles del principal antioxidante intracelular, llamado glutatión, el estado de oxidación de las células, los niveles de daño en el ADN y la condición física de las aves. Lo que han visto los científicos es que los resultados de las cuatro variables son positivos, es decir, muestran valores mejores de lo esperado y van en el mismo sentido, lo que les hace pensar que ha habido una adaptación a diferentes niveles en cada especie.  

Pájaros anaranjados, pájaros negros

Aunque este tipo de adaptaciones ya se habían visto a nivel celular en el laboratorio (células que se adaptan paulatinamente a la radiación), es la primera vez que se observa en animales en libertad. "Los trabajos con plantas también nos dan una pista", añade Galván. "La clave seguramente está en lo que se denomina epigenética, en si el ambiente es capaz de modificar la expresión de determinados genes que si generan algún beneficio pueden transmitirse en la herencia". El siguiente paso en la investigación es ver si la radiación está modificando esos genes y qué genes son.

Los pájaros con melanina negra tenían una posición ventajosa respecto a la radiación

Ahora bien, la parte más interesante del estudio está en los niveles de antioxidantes y su relación con la pigmentación de las plumas de los pájaros. "El foco de mi investigación", matiza el científico de la Estación Biológica de Doñana, del CSIC, "son las consecuencias biológicas de pigmentarse, de producir una clase de melanina u otra". Básicamente existen dos tipos de melanina en el reino animal: la eumelanina(o melanina negra) y la feomelanina (o melanina roja). La primera es universal (es la sustancia que nos protege de la radiación UV y por la cual nos ponemos morenos desde nosotros hasta las bacterias) y la segunda solo se ha encontrado en vertebrados superiores y no se conoce bien su función.

En el estudio de Galván y su equipo, la prevalencia de determinado tipo de melanina era clave en la adaptación. Aquellas aves que expresaban de forma natural unos mayores niveles de melanina negra (como el mirlo, más oscuro) tenían unos mejores niveles de adaptación a la radiación a largo plazo que aquellas que expresaban más melanina roja (como las golondrinas o los petirrojos). Esto tiene que ver con la manera en que se producen estas dos pigmentaciones; la primera protege de la radiación y no necesita recurrir a las existencias de antioxidantes, mientras que la segunda, la feomelanina, no protege de la radiación y consume las existencias de antioxidantes de las células, lo que las expone a los daños de los radicales libres y la oxidación.

Una muestra las redes con las que se capturaron las aves con la torre de la central de Chernóbil al fondo

"Para estas aves, producir más feomelanina limita su adaptación, les hace menos capaces de adaptarse a la radiactividad", explica Galán. "Sabemos que la melanina roja es de este color precisamente porque en su producción necesita el aminoácido cisteína (que contiene azufre), y la mayor reserva de cisteína es el glutatión, el principal antioxidante dentro de las células. El hecho de consumir feomelanina representa un consumo extra de este antioxidante para producir el pigmento". En otras palabras, las aves que presentan tonos rojos por mayor feomelanina, como las golondrinas, tienen una desventaja de entrada para adaptarse a un lugar como Chernóbil: sus reservas de antioxidantes se agotan antes y se producen más daños en el ADN.

El origen de los pelirrojos

De una manera u otra, todas las criaturas, desde el origen de la vida, han tenido que lidiar con la radiación. El hecho de ponernos morenos, explica Galván, es una respuesta a la radiación ultravioleta, que puede causar mutaciones. La solución generalizada es la producción de una sustancia, la eumelanina (literalmente la melanina auténtica), que protege de los rayos por interposición: se coloca en medio y evita el daño celular, como sucede con los hongos de los alrededores de Chernóbil, también ennegrecidos. La melanina roja, por su parte, es la que caracteriza a los pelirrojos, pero no protege contra la radiación y encima es costosa metabólicamente. ¿Para qué sirve entonces y cuándo apareció?

Más feomelanina significa menos antioxidantes y más daños en el ADN

"Es muy buena pregunta, y hasta hace poco no se la había hecho nadie", asegura Galván. "Se sabía que era limitante, tóxico, que genera cáncer...".  Un estudio publicado el año pasado en Nature apuntaba que la producción de feomelanina provoca una mayor susceptibilidad a la aparición de melanoma. Las personas pelirrojas son más propensas a desarrollar cáncer de piel y los autores apuntaban a la idea de que podría deberse al consumo de glutatión, citando la hipótesis de Galván. "Mi idea es que la feomelanina ha evolucionado precisamente porque es costosa, porque cuando se produce consume cisteína, que cuando está en exceso puede ser tóxica. En situaciones ambientales en que hay poco estrés es bueno desembarazarse de determinados niveles de cisteína y la producción de feomelanina actuaría de sistema excretor de niveles de esta sustancia".

¿Son los pelirrojos, entonces, el resultado de un ambiente placentero y con poco estrés? "Pues por ahí va la cosa", responde el científico. "Los pelirrojos no han evolucionado alrededor del ecuador, ¿verdad? En el norte hay poca radiación ultravioleta y poco estrés en este sentido. Mi hipótesis es que, en esas condiciones, la evolución de la feomelanina es beneficiosa, lo que quizá no es la causa última de la existencia de pelirrojos, pero puede que  explique al menos en parte su evolución". 

El trabajo de Galván se centra en comprobar, a través de estudios como éste, si factores que generan estrés oxidativo, y menos agresivos que la radiactividad, como los niveles de radiación ultravioleta, la cantidad de lluvia, o la temperatura, pueden inducir variaciones epigenéticas en los genes que controlan la expresión de melanina y los individuos se adaptan a las condiciones ambientales. Y de esta forma llegar al insospechado nexo que une a los pelirrojos con los pájaros que viven en las inmediaciones de la central de Chernóbil.  

Referencias: Chronic exposure to low-dose radiation at Chernobyl favors adaptation to oxidative stress in birds (Galván et al.) | Has removal of excess cysteine led to the evolution of pheomelanin? (Galván et al.) | Redhead pigment boosts skin-cancer risk  (Nature)

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