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» » » Sobre la evolución de la visión humana del color

Referencia: Science Daily.com, 18 de diciembre 2014
"A clear, molecular view of how human color vision evolved"

Se necesitaron muchas mutaciones genéticas en los pigmentos visuales, acaecidas a lo largo de millones de años, para que los humanos evolucionaran a partir de un mamífero primitivo con una sombría visión del mundo, para convertirse en un gran simio capaz de ver todos los colores del arco iris. 

Gorila de montaña. Crédito: Thinkstock
Ahora, después de más de dos décadas de ardua investigación, los científicos han terminado un cuadro detallado y completo de la evolución de la visión humana del color. En PLoS Genetics se han publicado las últimas piezas de este cuadro: El proceso de cómo los seres humanos cambiaron de una visión ultravioleta (UV) a una visión violeta, o la capacidad de ver la luz azul.

"Hemos rastreado todas las vías evolutivas que han llevado a la visión humana del color, que se remontan a 90 millones años", señala el autor principal Shozo Yokoyama, biólogo de la Universidad de Emory. "Hemos clarificado estas vías moleculares desde una óptica química, genética y funcional."

Entre los co-autores del artículo PLoS Genetics está los biólogos Jinyi Xing, Yang Liu y Davide Faggionato de la Univ. de Emory, William Starmer, biólogo de la Universidad de Syracuse, y Ahmet Altun, químico y antiguo post-doctorado de Emory que ahora trabaja en la Universidad Fatih de Estambul, Turquía.

Yokoyama y varios colaboradores en los últimos años han ido desenredando los secretos adaptativos de la evolución de la visión en los seres humanos y otros vertebrados mediante el estudio de moléculas ancestrales. El largo proceso implicaba primero la estimación y la síntesis de proteínas y pigmentos ancestrales de una especie, y después llevar a cabo experimentos con ellos. La técnica combina la microbiología junto a la computación teórica, biofísica, química cuántica y la ingeniería genética.

Hay cinco clases de genes de opsina que codifican los pigmentos visuales para la luz tenue y la visión en color. Las piezas de los genes de la opsina cambian y adaptan la visión conforme cambia el medio ambiente de una especie.

Hace unos 90 millones de años, nuestros antepasados mamíferos primitivos eran nocturnos y eran sensibles al  UV (ultravioletas) y al rojo, lo que les daba una visión bi-cromática del mundo. Hace unos 30 millones de años, nuestros antepasados fueron evolucionando hacia cuatro clases de genes de opsina, dándoles la capacidad de ver el espectro a todo color de la luz visible, a excepción de los ultravioletas.

"Los gorilas y los chimpancés tienen la visión humana del color", dice Yokoyama. "O tal vez deberíamos decir que los seres humanos tienen la visión del gorila y chimpancé."

Para el estudio de PLOS Genetics, los investigadores se centraron en siete mutaciones genéticas implicadas en la pérdida de la visión UV, y en el logro de la función actual de sensibilidad al pigmento azul. Ellos trazaron esta progresión desde hace 90 a 30 millones de años.

Los ratones son nocturnos y, como el ancestro humano primitivo de hace 90 millones de años, tienen una visión UV y una limitada capacidad de ver los colores.
Los investigadores identificaron 5.040 posibles vías para los cambios de aminoácidos necesarios y lograr así los cambios genéticos. "Hicimos experimentos para cada una de estos 5.040 posibilidades", señala Yokoyama. "Encontramos que de los siete cambios genéticos requeridos, cada uno de ellos tomados individualmente no tienen ningún efecto. Sólo cuando varios cambios se combinan, en un orden determinado, se puede ir completando la vía evolutiva."

En otras palabras, así como el ambiente externo de un animal impulsa la selección natural, así se cambia en el ambiente molecular del animal.

En investigaciones anteriores, Yokoyama mostró cómo el pez cinto, que hoy pasa gran parte de su vida a una profundidad entre 25 a 100 metros, sólo necesitó de una mutación genética para cambiar de UV a la visión de luz azul. Los ancestros humanos, sin embargo, necesitaron siete cambios y estos se fueron propagando a través de millones de años. "La evolución de la visión de nuestros antepasados fue muy lenta, en comparación con este pez, probablemente debido a que su entorno cambia mucho más lentamente", indica Yokoyama.

Alrededor del 80 por ciento de las 5.040 víasque los investigadores trazaron se detuvo en a la mitad, porque una proteína se convirtió en no funcional. El químico Ahmet Altun resolvió el misterio de por qué dicha proteína quedó fuera de combate. Se necesita agua para funcionar, y si se produce una mutación antes que otra, eso bloquea los dos canales de agua que se extienden a través de la membrana del pigmento de la visión.

"El 20 por ciento restante de las vías mantuvo los caminos posibles, pero nuestros antepasados utilizaron sólo uno," dice Yokoyama, "y nosotros Identificamos ese camino."

En 1990, Yokoyama identificó tres cambios de unos aminoácidos específicos que dieron lugar a los antepasados humanos desarrolloran un pigmento sensible al verde. En 2008, lideró un trabajo para construir el más amplio árbol evolutivo de la visión de luz tenue, incluyendo desde animales como las anguilas hasta los humanos. En las ramas principales del árbol, el laboratorio de Yokoyama diseñó funciones de genes ancestrales, con el fin de conectar los cambios en el entorno de vida a los cambios moleculares.

El estudio de PLOS Genetics completó el proyecto para la evolución de la visión humana del color. "No tenemos más ambigüedades, hasta el nivel de la expresión de los aminoácidos, desde los mecanismos implicados en este camino evolutivo", señaló Yokoyama.


- Fuente: blog eScienceCommon, de la Emory Health Sciences.
- Imagen.1. Gorila de montaña. Crédito: Thinkstock .
- Imagen.2. Los ratones son nocturnos y, como el ancestro humano primitivo de hace 90 millones de años, tienen una visión UV y una limitada capacidad de ver los colores.
Publicación: Shozo Yokoyama, Jinyi Xing, Yang Liu, Davide Faggionato, Ahmet Altun, William T. Starmer. Epistatic Adaptive Evolution of Human Color Vision. PLOS Genetics, 18 Dec 2014 DOI: 10.1371/journal.pgen.1004884 .
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