Pequeños crustáceos oceánicos utilizan herramientas genéticas y epigenéticas para combatir el cambio climático
En un pionero experimento que rastrea la evolución a lo largo de 25 generaciones, los científicos descubrieron que los copépodos marinos (los diminutos crustáceos que se encuentran en el corazón de la red alimentaria oceánica) dependen de un conjunto de herramientas biológicas en gran parte desconocido para sobrevivir al estrés del cambio climático.
El estudio revela que no son solo los cambios genéticos (alteraciones permanentes del ADN) los que ayudan a estos animales a adaptarse al calentamiento y la acidificación de los océanos.
Además, los cambios epigenéticos poco conocidos (modificaciones químicas temporales de activación y desactivación en partes del ADN) también desempeñan un papel crucial. Sorprendentemente, los investigadores descubrieron que ambos mecanismos operan de forma independiente, pero en sintonía, lo que ofrece lo que denominan una "estrategia doble" para la resiliencia a largo plazo.
"Esta es una historia de esperanza molecular ante un planeta en rápida transformación", afirmó la autora principal, Melissa Pespeni, profesora asociada de biología en la Universidad de Vermont. "Descubrimos que la evolución no funciona con una sola herramienta, sino con dos, y son complementarias".
Hasta ahora, pocos estudios han rastreado los cambios genéticos y epigenéticos simultáneamente a lo largo de muchas generaciones. Este experimento es uno de los primeros en hacerlo en un estudio de evolución replicado a largo plazo, lo que ofrece una de las pruebas más sólidas hasta la fecha de que el cambio epigenético puede ayudar a las poblaciones a sobrevivir e incluso permitir la futura adaptación genética.
Esto significa que los copépodos podrían ser más resistentes a las presiones del calentamiento del océano de lo que los científicos habrían predicho previamente. Y esto podría ser una buena noticia para las numerosas especies de peces que se alimentan de copépodos como presa principal, y para muchas otras criaturas, incluidos los humanos, que comen pescado.
Imagen: La profesora Melissa Pespeni de la Universidad de Vermont dirigió un equipo de investigación que exploró la evolución de las diminutas criaturas marinas. Su descubrimiento brinda esperanzas de que los organismos oceánicos puedan ser más resilientes a los embates del cambio climático de lo que se creía. Crédito: Joshua Brown/UVM
Evolución en un cubo
Para llevar a cabo este estudio, Pespeni y sus colegas del Centro GEOMAR Helmholtz de Investigación Oceánica de Kiel (Alemania) y de la Universidad de Connecticut, criaron poblaciones de Acartia tonsa —una especie fundamental de copépodo marino— en cubos de laboratorio cuidadosamente controlados. Algunos cubos se calentaron, otros se acidificaron y algunos experimentaron ambas cosas. A lo largo de un año, estos animales de rápida reproducción pasaron por 25 generaciones.
El equipo midió su respuesta no sólo a nivel del organismo (cuántos huevos pusieron los copépodos, su tolerancia térmica, tasas de desarrollo y supervivencia) sino también a nivel molecular. Utilizando secuenciación de última generación, los investigadores mapearon los cambios en el genoma de los animales (adaptación genética), el epigenoma (marcadores moleculares que influyen en la expresión genética) y el transcriptoma (qué genes se activaron y desactivaron).
Encontraron sorprendentes y consistentes cambios epigenéticos y genéticos en todos los grupos de tratamiento, pero, sorprendentemente, estos cambios ocurrieron en diferentes regiones del genoma.
"Eso es realmente impactante", dijo Pespeni. "Demuestra que la variación epigenética no fue simplemente arrastrada por la variación genética. Son mecanismos independientes que el organismo utiliza para afrontarla".
El dúo dinámico de la evolución
En genética, la variación proporciona la materia prima para la evolución. Las poblaciones con mayor variación genética suelen estar mejor preparadas para responder al cambio ambiental. Pero ¿Qué sucede cuando la variación genética es baja o el cambio se produce demasiado rápido como para que las mutaciones genéticas de lenta evolución puedan seguir el ritmo?
Ahí es donde entra en juego la epigenética.
"Los cambios epigenéticos pueden ocurrir a lo largo de la vida de un individuo y no requieren una nueva mutación", afirmó Pespeni. "Son reversibles y rápidos". Justo lo que busca un copépodo ante una ola de calor o un pico de acidificación oceánica.
El estudio descubrió que las regiones del genoma del copépodo con alta divergencia epigenética (como cambios en la metilación) presentaban una divergencia genética entre dos y dos veces y media menor, lo que sugiere que estos mecanismos podrían inhibirse mutuamente o dirigirse a diferentes funciones. Sin embargo, ambos tipos de cambios fueron importantes.
La divergencia epigenética se concentró particularmente en genes involucrados en las respuestas al estrés y la regulación de elementos transponibles (fragmentos de ADN "saltador" que pueden reorganizar el genoma). Y, lo que es más importante, estos cambios epigenéticos se correlacionaron con cambios en la expresión génica, lo que influye directamente en el funcionamiento del organismo.
"En conjunto, estos resultados demuestran que la variación genética y epigenética no son redundantes", explicó Pespeni. "Constituyen el dúo dinámico de la evolución, proporcionando dos herramientas independientes para los organismos que se enfrentan a un cambio global acelerado".
Imagen: Esquema del diseño experimental. La población inicial de laboratorio se constituyó con 160 hembras y 80 machos adultos capturados en la naturaleza. Cada tratamiento constó de cuatro réplicas y un tamaño de censo de al menos 3.000 individuos. El experimento se desarrolló durante 25 generaciones, secuenciando los animales para su análisis genómico y epigenómico al final. Para comprender los posibles cambios en la plasticidad, realizamos un trasplante recíproco de AM en OWA y de OWA en AM en la generación F21, y cuantificamos las respuestas transcriptómicas. Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2422782122
Un cambio en el pensamiento evolutivo
Los hallazgos tienen profundas implicaciones para la comprensión científica de la evolución y la resiliencia en el Antropoceno.
"En biología la epigenética no es solo una nota al margen", dijo Pespeni. "Es importante. No estamos reescribiendo a Darwin, sino ampliando la Síntesis Moderna para incluir a este actor".
"Esto podría sonar a herejía neolamarckiana", dijo Pespeni entre risas, refiriéndose a la idea desacreditada de que los rasgos adquiridos durante la vida pueden transmitirse a las generaciones futuras. (Que hayas pasado años en el jardín y desarrollado manos ásperas y callosas no significa que tu hijo nacerá con "manos de jardinero" o con amor por la lechuga).
Pero lo que estamos observando es que los fenotipos moleculares y fisiológicos —como la respuesta de un organismo al estrés térmico— pueden transmitirse a las generaciones futuras mediante la epigenética, al menos temporalmente.
¿Por qué son importantes los copépodos?
A pesar de su diminuto tamaño, la Acartia tonsa y otros copépodos desempeñan un papel fundamental en el ecosistema oceánico y el ciclo global del carbono. Son la base de la red trófica marina, sustentando a peces, ballenas y aves marinas. También contribuyen al ciclo de nutrientes y carbono en el océano.
"Sin copépodos, no habría peces, no habría ballenas, no habría el sistema oceánico que conocemos", dijo Pespeni. "Y se podría decir que son el animal más abundante de la Tierra".
El hecho de que los copépodos puedan sobrevivir y adaptarse rápidamente a lo largo de generaciones (por ejemplo, durante una ola de calor corta e intensa) podría marcar una diferencia a largo plazo en el mantenimiento de la biodiversidad y el funcionamiento de los ecosistemas en un mundo en calentamiento.
"Permitir que un organismo sobreviva algunas generaciones más durante un evento de estrés podría preservar la diversidad genética y ganar tiempo para una adaptación a largo plazo", afirmó Pespeni.
Esperanza en el genoma
Esta investigación podría ofrecer un nuevo optimismo al sombrío panorama de los cambios globales. Si bien la diversidad genética se ha considerado durante mucho tiempo como una fuente de potencial evolutivo, este estudio sugiere que la diversidad epigenética podría ofrecer una reserva de fortaleza oculta, una que puede aprovecharse con rapidez, flexibilidad y reiteración.
"Y eso es importante", dice Pespeni, "porque demuestra que estos organismos pueden ser más resistentes de lo que se esperaba anteriormente".
El estudio ha sido publicado el 15 de julio de 2025 en Proceedings of the National Academy of Sciences: Complementary genetic and epigenetic changes facilitate rapid adaptation to multiple global change stressors
