Desde el siglo XVIII los naturalistas han venido utilizando caracteres morfológicos (color, tamaño, forma, etc.) para tratar de clasificar y estudiar los diferentes tipos de animales y plantas (1). Sin embargo, en la segunda mitad del siglo XX, con el conocimiento de que la información genética reside en el ADN, los marcadores moleculares, proteínas primero y secuencias de ADN después, se introducen en los estudios de la naturaleza (2).
Tras una primera etapa marcada por la comparación de secuencias proteicas, estudios de hibridación de ADN de diferentes especies y análisis por electroforesis de las diferentes variantes de una enzima presentes en distintos individuos y organismos (aloenzimas), es a partir de la introducción de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) (3) y la mejora y abaratamiento de las técnicas de secuenciación de ADN (4) cuando las técnicas moleculares se introducen de forma masiva en la rutina de los estudiosos de los animales y plantas.
La reacción en cadena de la polimerasa hace posible la obtención de ADN a partir de prácticamente cualquier fuente (animales y plantas vivos, animales y restos conservados en Museos, plantas conservadas en herbarios, animales en peligro de extinción o difíciles de capturar, etc.) al permitir amplificar específicamente pequeñas cantidades de ADN presentes en estas muestras. Por otro lado, las técnicas de secuenciación de ADN han evolucionado hasta permitir analizar de una forma rápida y a un coste económico razonable una gran cantidad de muestras, lo que permite abordar la comparación de diferentes secuencias de múltiples individuos de una población o de múltiples especímenes de diferentes especies.
Ahora bien. ¿Para qué se emplean éstas técnicas en Ciencias Naturales? Los estudiosos de animales y plantas buscan comparar diferentes individuos de una misma especie o individuos de especies diferentes, y tratar de establecer relaciones de proximidad entre ellos, bien a nivel poblacional en el primer caso, bien a nivel de relaciones entre especies y grupos taxonómicos en el segundo. En este sentido, el ADN como molécula que porta la información genética de los individuos, constituye un marcador de incalculable valor, ya que en principio puede permitir trazar las relaciones de todos los organismos vivos hasta la primera célula. Por ello, la comparación de secuencias de ADN se ha convertido hoy en herramienta fundamental tanto de taxónomos como de estudiosos de la evolución, ya que permite establecer árboles filogenéticos (figura 1) que relacionan las diferentes especies (o poblaciones de una especie) entre sí.
En este sentido, cabe decir que el análisis de secuencias de ADN nuclear o de ADN mitocondrial proporciona una información ligeramente diferente y complementaria. Generalmente, el ADN mitocondrial, heredado por vía materna y de alta tasa de mutación, se utiliza para comparar poblaciones de una especie que han divergido recientemente, mientras que el ADN nuclear, se utiliza para comparar especies o géneros.
En los últimos años, el concepto de código de barras genético (BAR CODE) (5), basado en la comparación de la secuencia de una parte del gen que codifica para la subunidad 1 de la Citocromo oxidasa mitocondrial (COI), está ganando adeptos, aunque también opositores, como una forma rápida de estudiar la biodiversidad del planeta al permitir identificar taxonomicamente ejemplares dudosos y describir especies crípticas (aquellas con idéntica morfología pero secuencias de COI diferentes y por tanto distintas).
Por otro lado, secuencias de ADN que contienen un alto número de repeticiones de un corto motivo, lo que se conoce como microsatélites, constituyen un buen marcador para la individualización de muestras, dada su alta variabilidad en cuanto a número de repeticiones, por estar dentro, generalmente, de secuencias no codificantes. En este caso, el principal problema es la identificación de microsatélites útiles para la especie en cuestión, que sean altamente variables, amplificables por PCR de forma reproducible y que a ser posible sirvan para otras especies próximas. Una vez solucionado el problema, el análisis por electroforesis de los fragmentos amplificados y que contienen el microsatélite de interés es una forma rápida de individualizar muestras.
Esta facilidad es la que ha potenciado su utilización extensiva en medicina forense y su utilización cada vez más extendida en las Ciencias Naturales, bien para establecer relaciones de parentesco entre individuos que permitan estudiar comportamientos reproductivos, bien para estudiar la variabilidad de las poblaciones naturales utilizando un alto número de marcadores independientes, lo que puede dar ideas acerca de su estado de conservación, viabilidad como poblaciones, etc. Esta aplicación es particularmente útil a la hora de estudiar poblaciones y especies amenazadas, ya que es posible estudiarlas sin necesidad de capturar al animal o colectar la planta, pues el ADN puede ser amplificado, por ejemplo, a partir de muestras de pelo o heces.
Con este conjunto de técnicas es posible también estudiar muestras de especímenes de Museo y Herbarios, lo que facilita la comparación con poblaciones desaparecidas, y es indudable que nuevas técnicas se irán incorporando progresivamente a las herramientas de los naturalistas en su exploración de la diversidad del mundo biológico.
REFERENCIAS
- Linnaeus, C. 1735 «Systema Naturae». Reimpresión en 1964 por B.de Graaf Ed.
- Avise, J. C. 2004 «Molecular markers, Natural History and Evolution» (II Edición). Sinauer Ed.
- Arnheim, N., Levenson, C. H. 1990 «Polymerase Chain reaction» Chemical Engineering News 36-47.
- Rodríguez-Tarduchy, G. 2009 «La secuenciación de ácidos nucleicos: una carrera contra reloj. https://web2020.sebbm.es/ES/divulgacion-ciencia-para-todos_10/la-secuenciacion-de-acidos-nucleicos-una-carrera-contrarreloj_276
- Hebert, P. D. N et al. 2003 «Biological identifications through DNA barcodes». Proc. R Soc. London B. 270, 313-321