La selección natural parece operar con mayor sutileza y complejidad de lo que se pensaba anteriormente
En una nueva investigación, científicos de la Universidad Estatal de Arizona (ASU) y sus colegas investigaron los cambios genéticos que ocurren en una población naturalmente aislada de la pulga de agua, Daphnia pulex.
Este diminuto crustáceo, apenas visible a simple vista, desempeña un papel crucial en los ecosistemas de agua dulce y ofrece una ventana única a la selección y evolución natural.
Sus hallazgos se basan en una década de investigación. Utilizando avanzadas técnicas genómicas, el equipo de investigación analizó muestras de ADN de casi 1.000 Daphnia.
Descubrieron que la fuerza de la selección natural en genes individuales varía significativamente de un año a otro, manteniendo la variación y potencialmente mejorando la capacidad de adaptarse a futuras condiciones ambientales cambiantes al proporcionar materia prima sobre la cual actúa la selección natural.
En ambientes aparentemente estables, hay una significativa fluctuación en la frecuencia de variantes genéticas conocidas como alelos en regiones cromosómicas específicas a lo largo del tiempo, incluso si la fuerza general de selección permanece cerca de cero en promedio durante muchos años. Esto sugiere que dicha variación genética permite que las poblaciones sigan siendo adaptables a los cambios ambientales.
"Este estudio nos ha dado una idea, por primera vez, de los tipos de cambios temporales en las frecuencias genéticas que ocurren incluso en entornos aparentemente constantes, una especie de agitación continua de variación genética distribuida por todo el genoma", dice Michael Lynch, autor principal del nuevo estudio. Lynch es director del Centro de Biodiseño para Mecanismos de Evolución y profesora de la Facultad de Ciencias de la Vida de la ASU.
El poder de la selección
La Dafnia, una forma de zooplancton, ha fascinado a los biólogos durante siglos debido a su papel crucial en los ecosistemas acuáticos y su capacidad para adaptarse a los factores estresantes ambientales. Además de su valor para la investigación genética multigeneracional, las Daphnia son organismos modelo ampliamente utilizados para pruebas de toxicidad en agua dulce porque tienen un rápido ciclo reproductivo asexual y son sensibles a diversos contaminantes ambientales.
Estas diminutas criaturas son una fuente vital de alimento para los peces y ayudan a controlar el crecimiento de algas. Su capacidad para adaptarse rápidamente a los cambios ambientales podría ofrecer pistas sobre cómo otras especies (incluidas aquellas importantes para el suministro de alimentos humanos) podrían responder a la contaminación, el cambio climático y otros factores estresantes inducidos por el hombre.
Se demostró que la mayoría de los sitios examinados en el genoma de Daphnia experimentaron presiones de selección cambiantes durante el período de estudio. En promedio, estas presiones tienden a equilibrarse para tener poco efecto general, lo que significa que ninguna dirección de selección domina consistentemente a lo largo del tiempo. En cambio, las ventajas o desventajas genéticas de rasgos específicos cambian de un período a otro.
Estos hallazgos desafían la creencia tradicional de que medir la diversidad genética (la gama de diferentes rasgos en una población) y la divergencia genética (las diferencias entre poblaciones) puede mostrar fácilmente cómo opera consistentemente la selección natural. En cambio, la selección natural parece operar con mayor sutileza y complejidad de lo que se pensaba anteriormente.
Imagen derecha: Daphnia pulex, una especie que espera entre bastidores alcanzar el estatus de "Modelo"
Repensar la variación genética
El estudio abre nuevos caminos al identificar cuándo y dónde ocurren las presiones de selección dentro del genoma. Aparte de los rasgos que se sabe que están fuertemente influenciados por la selección natural, hay poca información sobre cómo cambian las frecuencias de los alelos con el tiempo en las poblaciones naturales.
El análisis multianual de todo el genoma de casi 1.000 muestras genéticas de una población de Daphnia pulex muestra que la mayoría de los sitios genéticos experimentan una selección variable, con un efecto promedio cercano a cero, lo que indica poca presión de selección consistente en diferentes momentos y selección distribuida en muchas regiones genómicas.
Estos hallazgos desafían la comprensión habitual de la diversidad y divergencia genética como indicadores de deriva genética aleatoria e intensidad de selección.
Variación y supervivencia
Los patrones de selección observados en varios sitios genéticos proporcionan un mecanismo para mantener la diversidad genética, que es esencial para una rápida adaptación. El estudio también reveló que los genes ubicados cerca unos de otros en los cromosomas tienden a evolucionar de manera coordinada. Este vínculo permite que se hereden juntas combinaciones beneficiosas de variantes genéticas, lo que potencialmente acelera el proceso de adaptación.
Este efecto podría ayudar a explicar cómo las especies a veces se adaptan más rápido de lo que normalmente esperarían los científicos. Por otro lado, el mismo fenómeno puede dar lugar a que los alelos perjudiciales sean arrastrados a frecuencias más altas por alelos beneficiosos vinculados, lo que reduce la eficiencia general de la selección en algunos casos.
El estudio muestra que la evolución es más dinámica y compleja de lo que se pensaba anteriormente. La influencia del medio ambiente sobre los genes cambia con frecuencia, lo que posiblemente ayude a las especies a mantener la variedad genética necesaria para adaptarse a condiciones futuras. Esta nueva comprensión puede llevar a los científicos a repensar cómo estudian la evolución en la naturaleza.
Si bien el estudio se centró en Daphnia pulex, los hallazgos pueden tener implicaciones para comprender cómo otras especies podrían responder a los rápidos cambios ambientales, incluidos los impulsados por actividades humanas, como la contaminación y el cambio climático. Evaluar la estabilidad de las frecuencias alélicas en entornos más estables es un paso preliminar importante. Estos estudios son fundamentales, ya que los experimentos de laboratorio por sí solos no pueden duplicar la complejidad de las influencias ambientales que actúan sobre las poblaciones silvestres.
Además, comprender cómo evoluciona Daphnia puede proporcionar información sobre la resiliencia de ecosistemas enteros. Este conocimiento podría ayudar a los investigadores a predecir y potencialmente mitigar los impactos de los cambios ambientales en la biodiversidad y las redes alimentarias.
Mientras el mundo se enfrenta a una crisis ambiental cada vez más acelerada, estudios como este proporcionan información crucial sobre la capacidad de resiliencia y adaptación de la naturaleza. Al continuar estudiando estas diminutas criaturas, los científicos esperan comprender mejor los mecanismos fundamentales de la evolución y aplicar estas lecciones a esfuerzos ecológicos y de conservación más amplios.
Los hallazgos han sido publicados en la edición actual de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences: The genome-wide signature of short-term temporal selection
