El pez pulmonado africano tiene el mayor genoma animal secuenciado

Un pez que se entierra cuando la charca se seca¶

En las llanuras aluviales de África central hay un pez que, cuando su charca se evapora, se traga la última bocanada de aire. Se hunde en el fango y segrega un capullo de mucus que se endurece a su alrededor. Dentro, sin agua, comiendo sus propios músculos, espera meses a que vuelva la lluvia. Se llama Protopterus annectens. Su genoma mide 40 Gb, el mayor genoma animal secuenciado hasta ahora y más de diez veces el del ser humano.

Pertenece a los dipnoos, un grupo de peces con pulmones reales que lleva más de 400 millones de años en el planeta. La pregunta que el genoma publicado en Cell en 2021 empieza a responder es cómo aguanta lo que ningún mamífero aguanta: semanas con el oxígeno justo para no morir, con el cerebro funcionando, el corazón latiendo y el riñón depurando.

Durante la estivación, el pulmón pasa a ser el órgano respiratorio principal. La piel y el mucus del capullo complementan ese intercambio, pero no lo sustituyen.

Un genoma más grande que el de cualquier otro animal¶

El equipo internacional que publicó el ensamblado en 2021 midió el genoma del Protopterus annectens: 40 Gb, repartidos en 17 cromosomas. El genoma humano ronda los 3,2 Gb. Este del pez pulmonado es, hasta la fecha, el mayor genoma animal secuenciado a nivel de cromosoma.

La mayor parte del tamaño extra viene de retrotransposones, secuencias que se copian y se reinsertan dentro del propio ADN. Lo llamativo es que el animal no se ralentiza por cargar con ese lastre. Los autores midieron que los genes del Protopterus se transcriben con la misma eficacia que en otros vertebrados. Ha desarrollado un sistema eficiente para manejar longitudes génicas enormes sin perder velocidad.

Para la biología evolutiva, lo importante no es el tamaño, sino qué genes conserva. El ensamblado identifica genes y elementos reguladores relacionados con el surfactante pulmonar, las extremidades con cinco dedos o la remodelación de la faringe. Son piezas que, en otros peces, ya no están o funcionan de forma distinta. Ayudan a entender qué tenía ya listo el último antepasado común con los animales terrestres. El estudio de 2026 que compara el blastema del ajolote, el pez cebra y Polypterus senegalus usa exactamente esta misma lógica con la regeneración de aletas: separar qué piezas del kit son antiguas y cuáles son adaptaciones recientes de cada linaje.

Qué pasa dentro del capullo de barro¶

La estivación no es una hibernación al uso. El animal no duerme, su temperatura no baja como en un mamífero. Lo que hace es reorganizar el metabolismo entero.

El análisis transcriptómico de branquias y pulmones publicado en Frontiers in Genetics en 2023 muestra que, durante la fase de mantenimiento, los perfiles de expresión de ambos órganos se parecen mucho más entre sí que fuera de la estivación. El pulmón, además, mantiene una actividad biológica muy superior a la de las branquias. Pasa a ser el órgano respiratorio principal mientras el animal está enterrado.

En paralelo, la revisión de 2020 en Journal of Thermal Biology sobre el sistema del óxido nítrico (NOS/NO) describe cómo se reorganiza la señalización molecular en pulmones, branquias, riñón, corazón y músculo. Proteínas implicadas en detectar oxígeno, en respuesta al estrés térmico y en apoptosis cambian de patrón cuando empieza la estación seca. Vuelven a cambiar al despertar. Es una coreografía finísima que se monta y se desmonta cada año.

Cómo aguanta el cerebro con tan poco oxígeno¶

El hallazgo más contraintuitivo está en el cerebro. Un trabajo de 2020 en The FEBS Journal estudió las mioglobinas del Protopterus, las proteínas que en los músculos almacenan oxígeno. En este pez, el gen de la mioglobina se ha duplicado y diversificado. Han aparecido al menos cuatro versiones activas con afinidades por el oxígeno muy distintas.

La mioglobina que se expresa sobre todo en el músculo (PanMb1) tiene una afinidad por el oxígeno relativamente baja, normal para un músculo. La que domina en el cerebro (PanMb2) tiene la afinidad más alta de todas las medidas, con una presión mitad de 0,88 Torr a 20 °C, lo que le permite captar y ceder oxígeno en ambientes muy pobres. Otras dos (PanMb3 y PanMb4b) son casi específicas de neuronas y además funcionan como nitrito reductasas, es decir, ayudan a reciclar el nitrito en óxido nítrico cuando el oxígeno cae.

Las descripciones de PanMb2, PanMb3 y PanMb4b proceden de Protopterus annectens. No son medidas directas en otras especies de dipnoos.

El resultado es un cerebro que no se queda sin energía durante meses de anoxia casi completa. Se parece más a lo que hace un corazón de tortuga hibernando que a lo que hace un cerebro humano ante un ictus.

El nitrógeno y cómo gestiona el amoníaco¶

La estivación también plantea un problema bioquímico serio: ¿qué hacer con los desechos nitrogenados? En agua, un pez excreta amoníaco por las branquias. Sin agua, el amoníaco se acumula y es tóxico. La revisión de 2014 en Journal of Fish Biology describe la estrategia del Protopterus: pasa de excretar amoníaco a fabricar urea. La urea se acumula en sangre y en tejidos muy por encima de los niveles que tiene un animal activo, y se libera de golpe cuando vuelve el agua.

Producir urea es energéticamente caro. Por eso no todos los peces con pulmones recurren a ella. El Protopterus puede permitírselo porque, durante la estivación, su metabolismo basal cae a una fracción mínima y dispone de reservas suficientes para sostener esa síntesis extra.

Un pez, no un antepasado, pero el más cercano¶

Un error frecuente es llamar al Protopterus «nuestro antepasado». No lo es. Es nuestro pariente vivo más cercano dentro de los peces.

Comparte con nosotros un antepasado común que no era ni pez pulmonado ni tetrápodo, sino algo anterior, de hace unos 420 millones de años. El genoma publicado en 2021 confirma esta posición: los dipnoos son grupo hermano de los tetrápodos.

Esa cercanía es la que hace al Protopterus una pieza de comparación única. Permite ver qué genes estaban ya operativos antes de la transición al medio terrestre y cuáles aparecieron después. En el artículo de Cell aparecen genes candidatos para la fabricación de surfactante pulmonar, la capacidad de tolerar la vida en tierra y el patrón de cinco dedos que más tarde sería la mano humana.

Por qué interesa a la medicina, aunque aún no se use¶

La pregunta práctica es si entender al Protopterus ayuda a tratar algo en personas. Hoy, no. Lo que sí hace es delimitar qué es teóricamente posible en un vertebrado: un cerebro que funciona con aportes mínimos de oxígeno durante meses, un corazón que late con energía mínima, un riñón que recicla urea a demanda. El infarto cerebral, la isquemia cardíaca o los trasplantes de órganos son terrenos donde entender esos límites podría, algún día, mover la aguja. Pero la frontera entre encender HIF en un tejido y empujar ese tejido hacia un tumor es real. De momento las aplicaciones del Protopterus son preguntas básicas, no tratamientos.

Lo raro no es que aguante: lo raro es que sepamos tan poco de cómo lo hace.