Los caballitos de mar se especiaron y se dispersaron por los océanos del mundo en 25 millones de años
Los caballitos de mar son nadadores extremadamente malos. Sin embargo, sorprendentemente, se pueden encontrar en todos los océanos del mundo. Sobre la base de casi 360 genomas diferentes de caballitos de mar, un grupo de investigadores estudió cómo estos peces especiales pudieron extenderse tan exitosamente en todo el mundo.
A partir de un árbol evolutivo de 21 especies, fue posible reconstruir las rutas de dispersión de los caballitos de mar en todo el mundo y explicar dónde y cuándo surgieron nuevas especies.
La colaboración de investigación internacional que involucra al equipo de investigación dirigido por el biólogo evolutivo Profesor Axel Meyer de la Universidad de Konstanz e investigadores de China y Singapur fue capaz de identificar los factores que llevaron al éxito del caballito de mar desde la perspectiva de la biología del desarrollo: su rapidez para adaptarse, por ejemplo, mediante la evolución repetida de las espinas en la piel y sus rápidas tasas de evolución genética.
Los caballitos de mar del género Hippocampus surgieron hace unos 25 millones de años en la región del Indo-Pacífico a partir del pez pipa, sus parientes más cercanos. Y aunque estos últimos suelen nadar bastante bien, los caballitos de mar carecen de sus aletas pélvicas y caudal y, en cambio, desarrollaron una cola prensil que se puede utilizar, por ejemplo, para sujetarse a algas o corales. Al principio, se dividieron en dos grupos principales.
"Un grupo permaneció principalmente en el mismo lugar, mientras que el otro se extendió por todo el mundo", dice el Dr. Ralf Schneider, quien ahora es investigador postdoctoral en el Centro GEOMAR Helmholtz de Investigación Oceánica de Kiel, y participó en el estudio mientras trabajaba como investigador doctoral en el equipo de investigación de Axel Meyer.
En sus aguas originales del Indo-Pacífico, las especies restantes se diversificaron en un entorno insular único, mientras que el otro grupo se abrió camino hacia el Océano Pacífico a través de África, Europa y América.
Imagen: Estimaciones de árboles filogenéticos y tiempo de divergencia para 21 especies de caballitos de mar.
Viajando por el mundo en balsa
La gran cantidad de datos recopilados para el estudio permitió al equipo de investigación crear un árbol del caballito de mar especialmente fiable que muestra las relaciones entre las especies y las rutas de dispersión global del caballito de mar.
El biólogo evolutivo, Dr. Schneider, dice: "Si comparas las relaciones entre las especies con las corrientes oceánicas, notarás que los caballitos de mar fueron transportados a través de los océanos".
Si, por ejemplo, el mar los arrastraba durante las tormentas, usaban su cola para agarrar cualquier cosa que pudieran encontrar, como un trozo de alga o el tronco de un árbol. Estos son lugares donde los animales podrían sobrevivir durante mucho tiempo. Las corrientes a menudo barrían estas "balsas" cientos de kilómetros a través del océano antes de aterrizar en algún lugar donde los caballitos de mar pudieran saltar y encontrar un nuevo hogar.
Dado que los caballitos de mar han existido durante más de 25 millones de años, era importante tener en cuenta que las corrientes oceánicas han cambiado con el tiempo a medida que se han desplazado las placas tectónicas. Por ejemplo, hace unos 15 millones de años, el océano de Tetis era casi tan grande como el actual mar Mediterráneo. En el lado oeste, donde se ubica hoy el Estrecho de Gibraltar, se conectaba con el Océano Atlántico. En el lado este, donde se encuentra hoy la Península Arábiga, conducía al Océano Índico.
Los cambios tectónicos cambian las corrientes oceánicas
Los investigadores pudieron subrayar, por ejemplo, que los caballitos de mar pudieron colonizar el océano Tetis a través del Mar Arábigo justo antes de que las placas tectónicas se desplazaran y sellaran la conexión oriental. La corriente resultante que fluye hacia el oeste hacia el Océano Atlántico trajo caballitos de mar a América del Norte. Unos millones de años después, también se cerró esta conexión occidental y se secó todo el océano de Tetis.
Ralf Schneider dice: "Hasta ahora no estaba claro si los caballitos de mar del Atlántico remontaban su linaje a especies del Mar Arábigo que habían viajado hacia el sur a lo largo de la costa este de África, alrededor del Cabo de Buena Esperanza y al sur del Océano Atlántico para llegar a América del Sur. Descubrimos que un segundo linaje de caballitos de mar había hecho precisamente eso, aunque más tarde".
Dado que el equipo de investigación reunió 20 muestras de animales de cada hábitat, también fue posible medir la variación genética entre individuos. Y esto generalmente reveló: cuanto mayor es la variación, mayor es la población. "Podemos reconstruir la edad de una variación en función de su tipo. Esto permite calcular el tamaño de la población en diferentes momentos", explica el biólogo evolutivo.
Imagen: Ubicaciones geográficas de muestreo de caballitos de mar muestreados con patrones de diversidad de nucleótidos (π) de las 21 especies de caballitos de mar en 22 cromosomas.
Este cálculo revela que la población que cruzó el Océano Atlántico hacia América del Norte fue muy pequeña, lo que respalda la hipótesis de que provienen de unos pocos animales traídos allí por las corrientes del océano mientras se aferraban a una balsa. Los mismos datos también mostraron que, incluso hoy, los caballitos de mar de África cruzan el Océano Atlántico sur e introducen su material genético en la población sudamericana.
Adaptación rápida y flexible
Los caballitos de mar no solo se extendieron por el mundo viajando con las corrientes oceánicas, sino que también fueron sorprendentemente buenos para establecerse en nuevos hábitats. Los caballitos de mar han modificado mucho los genomas y, a lo largo de su evolución, han perdido muchos genes, han surgido con otros nuevos o han ganado duplicados. Esto significa: Los caballitos de mar cambian muy rápidamente en comparación con otros peces. Probablemente esta sea la razón por la que diferentes tipos de "espinas óseas" evolucionaron rápida e independientemente unas de otras que protegen a los caballitos de mar de la depredación en algunos hábitats.
Se han identificado algunos de los genes que presentan modificaciones particulares para determinadas especies, pero no son los mismos para todas las especies. Múltiples selecciones rápidas e independientes llevaron al desarrollo de espinas y, aunque los mismos genes juegan un papel en este desarrollo, fueron responsables diferentes mutaciones. Esto muestra que los caballitos de mar sésiles, más lentos, fueron particularmente capaces de adaptarse rápidamente a su entorno. Esta es una de las principales razones que da el equipo de investigación para que los caballitos de mar tengan tanto éxito en la colonización de nuevos hábitats.
Los resultados se publican el 17 de febrero de 2021 en Nature Communications: Genome sequences of 21 seahorse species shed light on global dispersal routes and suggest convergent developmental mechanisms of unusual bony spines
