Después de décadas de estudiar la visión del color en ratones, una nueva investigación con peces cebra ha permitido a expertos de la Universidad de Tokio descubrir cómo algunos animales regulan su capacidad para ver la luz azul. 

Los resultados, publicados en Science Advances, permiten a los investigadores comprender mejor la historia evolutiva y los mecanismos actuales de control la visión de color. 

“En 1989, cuando comencé a estudiar la evolución de la visión, los libros de texto decían que la sensibilidad a la luz y la diferencia de color provenían de la misma proteina. Desde entonces, nuestro grupo ha identificado diferentes proteínas sensibles al color, ha cartografiado su evolución entre especies y ahora entiende su regulación”, explica el profesor emérito Yoshitaka Fukada de la Escuela de Posgrado de Ciencias de la Universidad de Tokio.

La mayoría de los vertebrados tienen ojos tipo cámara muy desarrollados con retinas equipadas con células fotorreceptoras de bastones y conos. Los bastones, con una mayor sensibilidad a la luz, responden a fotones individuales y median en la visión escotópica en condiciones crepusculares durante la noche. 

Por el contrario, los conos muestran una sensibilidad relativamente menor, sin saturar en la luz brillante, y media en la visión fotópica en condiciones de luz diurna. La discriminación del color se establece mediante una combinación de subtipos de conos espectralmente distintos, cada uno de los cuales expresa una única opsina de cono de entre cuatro subfamilias: sensible al ultravioleta [SWS1, longitud de onda de máxima sensibilidad (λmax): 360 a 420 nm], sensible al azul (SWS2, λmax: 400 a 470 nm), sensible al verde (RH2, λmax: 460 a 510 nm) y opsinas sensibles al rojo (LWS, λmax: 510 a 560 nm).  La mayoría de los vertebrados conservan el sistema visual tetracromático organizado por las cuatro subfamilias de opsinas de cono.

A medida que crecen  nuevas células cono sensibles al color, los patrones controlados de actividad génica hacen que cada célula se diferencie y produzca un tipo de proteína especializada en detectar una gama específica de ondas de la luz. El ancestro de todos los animales con columna vertebral podía diferenciar cuatro longitudes de onda de luz diferentes: el ultravioleta cercano, el azul, el verde y el rojo.

A lo largo de los milenios, algunas especies ancestrales perdieron los genes responsables de una o dos de esas proteínas detectoras del color. A veces, una especie descendiente acabó recreando una proteína específica del color mediante la duplicación y posterior mutación de un gen restante.

La secuenciación del genoma permite a los investigadores estudiar la evolución de los genes de la visión del color, mientras que las herramientas de edición genética pueden revelar cómo se regulan esos genes. El estudio en ratones ha permitido a los expertos comprender cómo se regula la sensibilidad a las longitudes de onda del violeta y el rojo, pero los ratones evolucionaron sin la capacidad de diferenciar las longitudes de onda del azul y el verde. La falta de herramientas de edición de genes convenientes significaba que la regulación de la sensibilidad al color azul y verde seguía siendo desconocida.

En 2019, el equipo de investigación de Fukada, ahora dirigido por el profesor Daisuke Kojima, combinó las relativamente nuevas herramientas de edición genética y los estudios de visión del color en el pez cebra, una especie con las cuatro proteínas sensibles al color. Las imágenes de microscopio de las retinas normales del pez cebra, las membranas sensibles a la luz que recubren sus globos oculares y que están conectadas a sus cerebros por sus nervios ópticos, muestran una vibrante disposición de células cono marcadas con fluorescencia en un patrón distinto de células que detectan el violeta, el verde, el rojo, el azul, el rojo, el verde y el violeta.

Los investigadores identificaron primero tres genes – six6b, six7 y foxq2 – comunes sólo en especies con las cuatro proteínas de la visión del color. A continuación, modificaron genéticamente el pez cebra para reducir la actividad de esos genes.

Anteriormente, los investigadores de la UTokyo observaron que la reducción de la expresión de six6b y six7, en combinación o por separado, eliminaba la visión azul y verde en el pez cebra. Los peces cebra sin visión azul y verde tenían dificultades para encontrar comida, lo que indica la importancia de la visión a todo color para su supervivencia.

Fueron sus resultados publicados más recientemente los que permitieron a los investigadores comprender cómo las sensibilidades azul y verde se distinguen por la diferente actividad de foxq2. En las células de los conos que detectan la luz azul, six6b y six7 activan foxq2. Entonces foxq2 activa la expresión de genes de la proteína sensible al azul y bloquea la expresión de las proteínas sensibles al verde. Las retinas de los peces cebra que carecen de la expresión normal del gen foxq2 no tienen células de cono sensibles a la luz azul, sino que reúnen un patrón más corto de células de cono que detectan el violeta, el verde y luego dos rojos, verdes y violetas.

La combinación de estudios genéticos moleculares en una sola especie con estudios genómicos comparativos de múltiples especies da a los investigadores una confianza adicional en su mapa de la regulación de la visión del color.

“A largo plazo, estudios biológicos fundamentales como éste sobre cómo es posible la visión del color podrían ser útiles en futuros intentos de curar el daltonismo”, explica el también autor de la publicación de la investigación, el profesor de la Universidad de Tokio Daisuke Kojima.