Los investigadores descubrieron que ha habido cambios evolutivos significativos en el gen que codifica la proteína criptocromo 4 y que ciertos grupos de aves lo han perdido por completo.

Estos hallazgos son indicativos de adaptación a condiciones ambientales variables y respaldan la teoría de que el criptocromo 4 funciona como una proteína sensora.

El estudio fue impulsado por una investigación de las Universidades de Oldenburg y Oxford (Reino Unido), que ha demostrado que la magnetorrecepción se basa en un complejo proceso mecánico cuántico que tiene lugar en determinadas células de las retinas de las aves migratorias.

En un artículo publicado en la revista Nature En 2021, el equipo germano-británico presentó resultados según los cuales era muy probable que el criptocromo 4 fuera el magnetorreceptor que buscaban:en primer lugar, pudieron demostrar que la proteína está presente en la retina de las aves y, en segundo lugar, Tanto los experimentos con proteínas producidas por bacterias como los cálculos de modelos mostraron que el criptocromo 4 exhibe el efecto cuántico sospechoso en respuesta a los campos magnéticos.

Curiosamente, la investigación también demostró que estas proteínas son significativamente más sensibles a los campos magnéticos en los petirrojos, que son aves migratorias, que en los pollos y las palomas, que son especies residentes.

"Por lo tanto, la razón por la que el criptocromo 4 es más sensible en los petirrojos que en los pollos y las palomas debe encontrarse en la secuencia de ADN de la proteína", afirma Langebrake, el autor principal. "La secuencia probablemente fue optimizada por procesos evolutivos en estas aves migratorias nocturnas."

Por lo tanto, en el estudio actual, el equipo dirigido por Langebrake y Liedvogel investigó la magnetorrecepción desde una perspectiva evolutiva por primera vez. Los investigadores analizaron los genes del criptocromo 4 de 363 especies de aves, desde el kiwi manchado hasta el gorrión cantor.

Primero, compararon la tasa evolutiva de la proteína con la de dos criptocromos relacionados y descubrieron que las secuencias genéticas de los criptocromos utilizados para la comparación eran muy similares en todas las especies de aves:parecen haber cambiado muy poco a lo largo de la evolución. Lo más probable es que esto se deba a su papel clave en la regulación del reloj interno, un mecanismo esencial para todas las aves y cuyas modificaciones tendrían efectos extremadamente negativos.

El criptocromo 4, por el contrario, resultó ser muy variable. "Esto sugiere que la proteína es importante para la adaptación a condiciones ambientales específicas", explica Liedvogel, profesor de Ornitología en la Universidad de Oldenburg y director del Instituto de Investigación Aviar. La especialización resultante podría ser la magnetorrecepción. "Se ha observado un patrón similar en otras proteínas sensoriales, como los pigmentos sensibles a la luz del ojo", explica.

Luego, los investigadores observaron más de cerca cómo ha evolucionado la secuencia genética del criptocromo 4 en la historia evolutiva de las aves. Los resultados llevaron a los científicos a concluir que, en particular, en el caso del orden de los paseriformes (Passeriformes), la proteína se ha optimizado mediante una selección rápida. "Nuestros resultados indican que los procesos evolutivos podrían haber llevado a que el criptocromo 4 se especializara como magnetorreceptor en los pájaros cantores", afirma Langebrake.

Otro hallazgo interesante fue que en tres clados de aves tropicales (loros, colibríes y Tyranni (Suboscines), también conocidos como tiranos), la información del criptocromo 4 se ha perdido en el proceso evolutivo, lo que significa que estas aves no pueden producir la proteína. . Esto indica que no juega un papel vital en su supervivencia. Sin embargo, mientras que los loros y los colibríes son sedentarios, algunos tiranos son migrantes de larga distancia que, como los pequeños pájaros cantores europeos, vuelan tanto de día como de noche.

"El hecho de que, a diferencia de los petirrojos, no tengan criptocromo 4, los convierte en un sistema ideal para investigar diversas hipótesis sobre la magnetorrecepción", afirma Langebrake.

Una pregunta interesante aquí es:¿han desarrollado los Tyranni un sentido magnético que funciona independientemente del criptocromo 4? ¿O son capaces de orientarse sin sentido magnético?

Otra posibilidad es que su sentido magnético tenga las mismas características que el de los petirrojos, que depende de la luz y puede verse alterado, por ejemplo, por ondas de radio. "Los dos primeros escenarios corroborarían firmemente la hipótesis del criptocromo 4, mientras que el tercero plantearía un problema para la teoría", subraya el biólogo.

Por lo tanto, como próximo paso, el equipo de investigación planea investigar la orientación magnética en Tyranni y aclarar si tienen sentido magnético o no. "El clado Tyranni nos proporciona una herramienta natural para comprender la función del criptocromo 4 y la importancia de la magnetorrecepción en las aves migratorias", afirma Liedvogel, esbozando un punto de partida para futuras investigaciones.

La investigación se publica en la revista Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences. .