Predicen (y presencian) la evolución del caracol Littorina saxatilis en un experimento de 30 años
Los caracoles de un pequeño islote rocoso evolucionaron ante los ojos de los científicos. Los caracoles marinos fueron reintroducidos después de que una floración de algas tóxicas los exterminara del islote. Aunque los investigadores llevaron intencionalmente una población distinta de la misma especie de caracol, ésta evolucionó hasta parecerse sorprendentemente a la población perdida hacía 30 años.
El estudio fue dirigido por investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) y la Universidad Noruega del Norte.
Es el año 1988. El archipiélago de Koster, un grupo de islas frente a la costa oeste de Suecia, cerca de la frontera con Noruega, se ve afectado por una floración particularmente densa de algas tóxicas, acabando con las poblaciones de caracoles marinos. Pero ¿A quién le importaría el destino de un grupo de caracoles en una roca en alta mar de tres metros cuadrados? Resulta que este acontecimiento abriría la posibilidad de predecir y ver cómo se desarrolla la evolución ante nuestros ojos.
Antes, las islas y sus pequeños islotes intermareales (islotes rocosos) albergaban densas y diversas poblaciones de caracoles marinos de la especie Littorina saxatilis (de nombre común bígaro rugoso). Si bien las poblaciones de caracoles de las islas más grandes (algunas de las cuales se redujeron a menos del 1%) se recuperaron en un plazo de dos a cuatro años, varios islotes no parecieron poder recuperarse de este duro golpe.
La ecóloga marina Kerstin Johannesson, de la Universidad de Gotemburgo (Suecia), vio una oportunidad única. En 1992, reintrodujo caracoles L. saxatilis en su hábitat perdido de islotes, iniciando un experimento que tendría consecuencias de gran alcance más de 30 años después.
Permitió una colaboración internacional liderada por investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA), la Universidad Nord, Noruega, la Universidad de Gotemburgo, Suecia, y la Universidad de Sheffield, Reino Unido, para predecir y observar la evolución en proceso.
Imagen: Los caracoles L. saxatilis, del ecotipo del cangrejo, fueron traídos aquí en 1992 después de que las algas tóxicas exterminaran la población original del ecotipo de las olas. Crédito: Kerstin Johannesson
Caracoles de las olas y caracoles del cangrejo
L. saxatilis es una especie común de caracol marino que se encuentra en las costas del Atlántico Norte, donde diferentes poblaciones desarrollaron rasgos adaptados a sus entornos. Estos rasgos incluyen el tamaño, la forma y el color de la concha y el comportamiento.
Las diferencias entre estos rasgos son particularmente llamativas entre los denominados ecotipos cangrejo y olas. Estos caracoles han evolucionado repetidamente en diferentes lugares, ya sea en entornos expuestos a la depredación de cangrejos o en rocas expuestas a las olas, lejos de los cangrejos.
Imagen: Trayectoria de divergencia de la población del islote Skerry a niveles de fenotipos y loci en regiones genómicas colineales.
Los caracoles de ola suelen ser pequeños, tienen un delgado caparazón con colores y patrones específicos, una gran y redondeada apertura y un audaz comportamiento. Los caracoles del cangrejo, por otro lado, son sorprendentemente más grandes, tienen caparazones más gruesos sin dibujos y una abertura más pequeña y alargada. Los caracoles del cangrejo también se comportan con más cautela en su entorno dominado por depredadores.
El archipiélago sueco de Koster es el hogar de estos dos tipos diferentes de caracoles L. saxatilis, a menudo vecinos entre sí en la misma isla o separados solo por unos cientos de metros a través del mar. Antes de la proliferación de algas tóxicas de 1988, los caracoles de las olas habitaban los islotes, mientras que las costas cercanas albergaban tanto caracoles del cangrejo como caracoles de las olas. Esta proximidad espacial resultaría crucial.
Imagen: El ecotipo del cangrejo (izquierda) es más grande y cauteloso con los depredadores. El ecotipo de las olas (derecha) es más pequeño y tiene un audaz comportamiento. Crédito: David Carmelet
Redescubriendo antiguas características
Al ver que la población de caracoles de las olas de los islotes había desaparecido por completo debido a las algas tóxicas, Johannesson decidió en 1992 reintroducir caracoles en uno de estos islotes, pero del ecotipo cangrejo. Con una o dos generaciones cada año, esperaba con razón que los caracoles del cangrejo se adaptaran a su nuevo entorno ante los ojos de los científicos.
"Nuestros colegas vieron evidencia de la adaptación de los caracoles ya en la primera década del experimento", dice Diego García Castillo, estudiante de posgrado en el Grupo Barton en ISTA y uno de los autores que lidera el estudio.
"Durante los 30 años que duró el experimento, pudimos predecir con seguridad cómo se verían los caracoles y qué regiones genéticas estarían implicadas. La transformación fue rápida y espectacular", añade.
Sin embargo, los caracoles no desarrollaron estos rasgos completamente desde cero. "Parte de la diversidad genética ya estaba disponible en la población inicial de cangrejos, pero con una baja prevalencia. Esto se debe a que la especie había experimentado condiciones similares en el pasado reciente. El acceso de los caracoles a un gran acervo genético impulsó esta rápida evolución", explica la coautora Anja Marie Westram, ex investigadora posdoctoral en ISTA y actualmente investigadora en la Universidad Nord.
Imagen derecha: La orilla donante de la población de caracoles trasplantados (en primer plano) y el islote experimental (un pequeño punto en el mar a la derecha). Crédito: Kerstin Johannesson
La diversidad es clave para la adaptación
El equipo examinó tres aspectos a lo largo de los años del experimento: el fenotipo de los caracoles, las variabilidades genéticas individuales y los cambios genéticos más amplios que afectan a regiones enteras de los cromosomas, denominados "inversiones cromosómicas".
En las primeras generaciones, los investigadores observaron un interesante fenómeno llamado "plasticidad fenotípica": muy pronto después del trasplante, los caracoles modificaron su forma para adaptarse a su nuevo entorno. Pero la población también empezó a cambiar rápidamente a nivel genético. Los investigadores pudieron predecir el alcance y la dirección de los cambios genéticos, especialmente en el caso de las inversiones cromosómicas.
Demostraron que la rápida y dramática transformación de los caracoles se debía posiblemente a dos procesos complementarios. Una rápida selección de rasgos ya presentes con baja frecuencia en la población de caracoles del cangrejo trasplantada y el flujo genético de los vecinos caracoles de las olas que podrían simplemente haber navegado más de 160 metros para alcanzar el islote.
Imagen: Caracoles marinos suecos L. saxatilis. Crédito: Daria Shipilina
La evolución ante la contaminación y el cambio climático
En teoría, los científicos saben que una especie con una variación genética lo suficientemente alta puede adaptarse más rápidamente al cambio. Sin embargo, pocos estudios se han centrado en experimentar con la evolución a lo largo del tiempo en la naturaleza.
"Este trabajo nos permite observar más de cerca la evolución repetida y predecir cómo una población podría desarrollar rasgos que han evolucionado por separado en el pasado bajo condiciones similares", afirma García Castillo.
El equipo quiere averiguar ahora cómo pueden adaptarse las especies a los modernos desafíos ambientales, como la contaminación y el cambio climático.
"No todas las especies tienen acceso a grandes reservas genéticas y la evolución de nuevos rasgos desde cero es tediosamente lenta. La adaptación es muy compleja y nuestro planeta también se enfrenta a complejos cambios con episodios de fenómenos meteorológicos extremos, un cambio climático que avanza rápidamente, contaminación y nuevos parásitos", afirma Westram. Ella espera que este trabajo impulse más investigaciones sobre el mantenimiento de especies con composiciones genéticas amplias y diversas.
"Quizás esta investigación ayude a convencer a la gente de que hay que proteger una serie de hábitats naturales para que las especies no pierdan su variación genética", concluye Westram.
En la actualidad, los caracoles que Johannesson llevó al islote en 1992 han alcanzado una próspera población de unos 1.000 individuos.
El estudio se publica en Science Advances: Predicting rapid adaptation in time from adaptation in space: A 30-year field experiment in marine snails
