Cómo encontrar un calamar gigante en un vaso de agua

A partir de restos de material genético hallados en una muestra de agua de mar o en el suelo, es posible determinar si en la zona viven animales difíciles de ver.

ADN
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En un mundo donde somos capaces de documentar cualquier evento con tan solo sacar el móvil del bolsillo, parece increíble que algunos animales logren eludir las cámaras. Sin embargo, incluso en el siglo XXI existen especies que nos lanzan una burla socarrona desde la oscuridad, dejando nuestra curiosidad de­samparada. Los calamares gigantes (Architeuthis dux) bien podrían entrar en esta descripción. A pesar de ser protagonistas de numerosas leyendas desde hace siglos, las primeras fotografías de dichos moluscos en su medio natural se remontan a una fecha tan reciente como 2004. Desde entonces, pocas veces más hemos logrado captarlos en imágenes, y siempre en instantes demasiado breves. Unos segundos que contrastan con las horas de trabajo dedicadas a ello, a la espera de que se acerquen a degustar los cebos lanzados a las profundidades.

La naturaleza esquiva de los calamares gigantes también supone una incógnita científica con respecto a su biología y ecología. Lo que sabemos de ellos se debe a los ejemplares que aparecen muertos en las playas, aquellos que sufrieron el desdichado destino de ser atrapados por la pesca de arrastre o fueron vistos en sus últimos minutos, moribundos tras los efectos de la descompresión. De ahí que resulte difícil evaluar sus poblaciones o su respuesta a las actividades humanas. El  ADN ambiental o eDNA, por sus siglas en inglés, es una poderosa herramienta puesta sobre la mesa por la ingeniería genética que servirá de ayuda en esta tarea.

Un estudio publicado en 2020 confirmó la presencia de calamares gigantes en el mar de Japón sin necesidad de verlos. Solo hizo falta tomar unas muestras de agua a cierta profundidad y buscar en ellas el ADN de los cefalópodos. Dicha investigación sirvió para demostrar que la técnica era viable, ya que la presencia del esquivo animal había sido comprobada anteriormente. No obstante, los resultados indicaron que la herramienta era válida para buscarlos en otras regiones. El eDNA vendría a ser como el registro de una sombra, pero que nos permite afirmar que esos animales legendarios están ahí, bajo la superficie del océano, esperando a que descubramos sus secretos.

El estudio de la molécula de la vida, y de su hermana el ARN, introdujo a la ciencia en una nueva dimensión a la hora de clasificar los organismos. Como punto de partida de esta historia, podemos situarnos en las primeras investigaciones para rastrear microbios mediante la detección de ARN ribosómico. Cuando los microbiólogos tomaban muestras de un determinado ambiente y las llevaban al laboratorio, observaban que en los medios de cultivo crecían menos especies de las que posteriormente aparecían en el análisis molecular. A pesar de los mimos que les dispensaban, esa vida oculta no se prestaba a ser estudiada bajo los microscopios. En última instancia, ello significaba que no estaban captando la riqueza total de los ecosistemas.

Las técnicas destinadas a leer el ADN también causaron cierto revuelo en la taxonomía, cuando entró en escena el llamado DNA barcoding. El concepto detrás de esta idea es bastante sencillo: si somos capaces de leer la información genética de las especies, podremos buscar secuencias concretas para distinguirlas entre ellas. En definitiva, estamos hablando de algo así como un código de barras para cada tipo de organismo. Esta revolución permite que, por ejemplo, ante el reto de estudiar dos variedades de lapa completamente iguales desde un punto de vista morfológico, lograremos determinar si son dos cosas distintas mirando su ADN.

Con el eDNA se pretende ir un paso más allá, pues se trata de hallar dichos códigos de barras no en un ejemplar concreto o un trozo de tejido, sino en una muestra de agua o de suelo. La premisa se basa en que todos los organismos están liberando ADN al ambiente de forma constante: células muertas, gotas de saliva, excrementos, orina y otras sustancias que originan un rastro, dejado por las especies allí por donde pasan.

La detección del material genético es posible gracias a la técnica de la PCR. En resumen, dicho método consiste en una serie de ciclos donde se cocina el ADN con el fin de lograr que la información sea fotocopiada gracias a una serie de reacciones que construyen más ADN. De esta forma, la concentración de la muestra crece exponencialmente hasta llegar al punto necesario para registrarla.

Ello quiere decir que si conocemos una secuencia genética que actúe como DNA barcoding podremos afirmar si en una zona del mar hay o no calamares gigantes. Pero, además, si tenemos una lista de códigos de barras de distintas especies, también lograremos localizarlas todas, obteniendo así lo que se llama un metabarcoding.

Actualmente, el desarrollo de nuevos métodos y el perfeccionamiento de la tecnología están brindando a los investigadores la posibilidad de realizar los análisis incluso en el mismo sitio de muestreo. Sin necesidad de acudir al laboratorio y en unas pocas horas, sabríamos si la especie que buscamos se esconde bajo la superficie de un lago o en la espesura de la selva.

Pero conviene tomar precauciones, porque el eDNA también tiene sus inconvenientes. Lo primero a tener en cuenta es que necesitamos conocer la genética de las especies, ya que de nada sirve contar con todos las herramientas de análisis si no hay un código de barras al cual acudir. Para superar dicho escollo, se están confeccionando bibliotecas especializadas, como el Barcode of Life Data System. En este registro se encuentran a disposición de los usuarios las secuencias de más de 320 000 especies. El principal problema radica en que, a día de hoy, los científicos apenas han descrito alrededor de 1,8 millones de especies, mientras que el número total estimado se sitúa entre los 8 y 20 millones de ellas.

Por otro lado, corremos el riesgo de que las muestras se contaminen. En una pequeña porción de agua o de tierra existe un número inimaginable de microorganismos –y su respectivo ADN–, además del material genético de otros seres vivos que no deseamos estudiar, o incluso el de los propios investigadores. Esto obliga a que la recogida de muestras, junto con el análisis, se realice con guantes y otras medidas de seguridad. Además, el instrumental ha de ser limpiado para eliminar los restos. Si no se adopta un protocolo riguroso, la técnica podría darnos un falso positivo o un falso negativo –es decir, que la especie no sea detectada cuando realmente está allí–.

Pese a estos inconvenientes, la lista de éxitos del eDNA no deja de crecer. Uno de sus primeros pasos se dio al rastrear animales que ya no medran en la Tierra. En 2003, un estudio mostró que se había logrado detectar ADN de plantas y animales en sedimentos extraídos del helado permafrost siberiano. Además de un largo registro de árboles, arbustos, hierbas y musgos de diferentes especies, en el análisis desfilaron las sombras de una fauna compuesta por mamuts, bisontes, caballos, renos y bueyes almizcleros. Se había hecho una fotografía de un ecosistema del Pleistoceno sin necesidad de sacar a la luz huesos u otros indicios fósiles.

Pero donde mejores resultados está cosechando el eDNA es en la búsqueda de animales acuáticos. En 2018, un equipo de científicos de la Universidad de Otago, en Nueva Zelanda, acudió al famoso lago Ness con el objetivo de localizar indicios de la posible existencia de Nessie –el monstruo que supuestamente lo habita, según la conocida leyenda urbana– por su ADN.

Tras analizar las muestras de agua y buscar la presencia de genes que iban desde cocodrilos hasta aves, certificaron que allí no vivía ninguna criatura de perfil reptiloide desconocida para la ciencia. En realidad, la investigación fue una especie de reclamo publicitario, orquestado con el fin de demostrar la validez del eDNA. Al año siguiente se anunció que si bien allí no existía un plesiosaurio, sí se había confirmado la presencia de más de tres mil especies, lo que abría la puerta a una nueva forma de comprender la biodiversidad del lago.

Una de las principales ventajas del eDNA es que permite estudiar los hábitats y sus moradores sin tener que capturar ejemplares. Tampoco es necesario invertir mucho tiempo en el muestreo. Primero se realiza un análisis del ADN y, tras confirmar la presencia del objetivo, se centra la búsqueda en una zona determinada.

Es más, a medida que se abarata el coste de esta tecnología, se abre la posibilidad de que sea usada en iniciativas de ciencia ciudadana. Ello ya está teniendo lugar en el Reino Unido respecto al tritón crestado (Triturus cristatus), un anfibio en peligro de extinción. Allí, las pruebas de eDNA son aceptadas como una verificación de su presencia, lo cual implica la necesidad de proteger el lugar. En ese país existen diversas empresas, que cuentan con la autorización del Gobierno, que ofrecen kits destinados a la detección de esos animales y así evaluar, por ejemplo, si es viable realizar una obra en un determinado enclave.

El eDNA se está utilizando igualmente para estudiar otros anfibios aún más complicados de observar. Las enigmáticas salamandras proteos (Proteus anguinus) habitan en el interior de algunas cuevas del este de Europa. Para conocer los entresijos de su vida, los investigadores a veces tienen que penetrar en zonas que suelen ser bastante inaccesibles. En algunas ocasiones, incluso deben utilizar gafas de visión nocturna para encontrarlos. Pero ahora, gracias a la recogida de muestras de agua, ha podido descubrirse su presencia en distintas cavernas de Eslovenia, Bosnia y Herzegovina y Montenegro.

Otros organismos están en el punto de mira del eDNA por motivos bien distintos. El uso de esta herramienta ha demostrado ser igualmente eficaz para adelantarnos a la aparición de patógenos y parásitos o en la monitorización de especies invasoras. La primera vez que el metabarcoding se usó para rastrear animales de este tipo fue en entornos marinos. Concretamente, en el año 2015 sirvió para detectar la presencia de moluscos exóticos en las aguas de lastre de un barco que viajaba desde el mar del Norte hacia zonas tropicales. Desde entonces, se ha aplicado para localizar todo tipo de peces invasores en ríos y lagos, e incluso rastrear el ADN dejado en el suelo por las pitones birmanas (Python bivittatus), las cuales han colonizado los humedales de los Everglades, en Florida.

En ambientes terrestres, el eDNA también ha probado su valía. En 2018, el Servicio Forestal de EE. UU. se sirvió de esta herramienta para seguir la pista a los linces canadienses (Lynx canadensis) que habitan las Montañas Rocosas. El problema con esta especie reside en localizar su rastro en paisajes que suelen estar cubiertos de nieve. Sin embargo, se pudo confirmar su presencia tras tomar muestras de las huellas dejadas por los felinos. Otros animales cuyas pisadas resultaron estar impregnadas con material genético fueron la marta pescadora (Pekania pennanti) y el glotón (Gulo gulo). Con este instrumento, los estudios clásicos se enriquecen, pues ciertos animales, ya sea por su naturaleza huidiza o porque son muy pequeños, no siempre se prestan a posar ante una cámara trampa.

Además de ayudar en la catalogación de la biodiversidad o seguir el rastro de especies esquivas, el eDNA también es una valiosa carta para estudiar la relación entre organismos dentro de un ecosistema. Por ejemplo, al analizar las heces de un animal conseguiremos información sobre su dieta o incluso sobre la presencia de una planta invasora. Por otro lado, el ADN presente en una flor nos dará pistas sobre los artrópodos que la visitan y, al revés, si lo que ponemos bajo nuestra lupa molecular son los polinizadores o la miel que hacen las abejas podremos determinar las plantas que frecuentan.

El siguiente nivel que se trata de alcanzar con el eDNA es intentar determinar la abundancia de las especies. Y parece que se va por buen camino. En 2016, una investigación llevada a cabo en las aguas cataríes del golfo Pérsico logró estimar la población de tiburones ballena (Rhincodon typus) que nadaban en la región. En 2020, el eDNA marcó un gran tanto al permitir evaluar acertadamente la abundancia y diversidad de peces con interés comercial en la costa de Nueva Jersey (EE. UU.). Los resultados del estudio eran comparables a los obtenidos por aquellos que se centraban en la captura mediante redes. De esta forma, la combinación de ambas técnicas ayuda a gestionar mejor los recursos pesqueros.

Llegados a este punto no es descabellado afirmar que el estudio del eDNA parece prometedor. Sin embargo, esta técnica aún suscita dudas, como: ¿con qué frecuencia se desprende el ADN de los organismos?; ¿existen sitios y condiciones donde la conservación del ADN sea mejor y, por tanto, más fiable?; o ¿podría el ADN transportado por el aire o las corrientes de agua contaminar las muestras? Hoy en día, la comunidad científica se encuentra atareada en despejar estas incógnitas para perfeccionar los protocolos. Sin duda, los susurros que nos llegan desde esta ventana molecular son gratos estimulantes de nuestra curiosidad.