La historia genética del patinador marino está estrechamente relacionada con la de nuestros océanos
Los océanos abiertos son duros y hostiles entornos donde no se espera que prosperen los insectos. De hecho, solo un grupo de insectos, patinadores marinos o zancudos acuáticos, se ha adaptado a la vida en el mar abierto.
Sin embargo, no se sabía cómo evolucionaron estos insectos para conquistar alta mar.
Ahora, un estudio de la genética de los patinadores proporciona una pista. La respuesta tiene que ver con cuándo surgieron las principales corrientes en el Océano Pacífico oriental y cada especie de patinador evolucionó para adaptarse a las condiciones únicas de esas corrientes.
Científicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) y la Institución de Oceanografía Scripps en UC San Diego examinaron la genética de tres especies de patinadores marinos recolectadas con redes de inmersión en el Pacífico oriental entre Hawái y Perú. Los resultados del estudio revelaron que los patinadores se especializaron en diferentes sistemas de corrientes, a medida que esas corrientes cambiaban a sus modernas configuraciones.
Los hallazgos podrían desentrañar el misterio de cómo cada especie de patinador llegó a ocupar hábitats muy diferentes a los de otros insectos, y también profundizaría nuestra comprensión de cómo afecta el cambio climático a los organismos que habitan en los océanos.
"Es asombroso cómo la historia genética del patinador oceánico está estrechamente relacionada con la de nuestros océanos", dijo la líder del estudio, la Dra. Wendy Wang, entomóloga del Museo de Historia Natural Lee Kong Chian en NUS.
"El mar abierto es un entorno extremadamente hostil, con luz solar directa durante todo el día, fuertes vientos y comida limitada. Las habilidades de su cubierta corporal o cutícula para proteger sus órganos internos del calor y el daño ultravioleta, y para sobrevivir a violentas tormentas y encontrar comida en este hábitat único donde ningún otro insecto podría demostrar sus funciones ecológicas únicas en el océano. Estas características los convierten en fascinantes temas de estudio para la ciencia de los materiales y las adaptaciones biológicas extremas".
Vincular los datos genéticos con los cambios climáticos
Los patinadores marinos viven toda su vida corriendo perpetuamente sobre la película superficial del mar abierto, soportando violentas tormentas y alimentándose de pequeñas presas atrapadas en la superficie del océano o justo debajo de ella. Actualmente, hay cinco especies oceánicas conocidas del género Halobates. Si bien está bien establecida la información sobre dónde se pueden encontrar, se sabe poco sobre su variación genética y cómo afectan su distribución factores físicos como las corrientes oceánicas, la temperatura y los vientos.
El equipo de investigación realizó un estudio genético de tres de esas especies de patinadores recolectadas desde la costa de México hasta Perú, y tan lejos del mar como Hawái. La mayoría de los especímenes fueron extraídos de la superficie del océano con redes de inmersión por la Dra. Lanna Cheng, bióloga marina de Scripps Oceanography y coautora del estudio. La Dra. Cheng es una experta mundial que ha dedicado su investigación a los Halobates y ha estado estudiando el género durante casi cinco décadas.
Imagen: La Dra. Lanna Cheng recolecta muestras con una red de inmersión en la entrada de Cook's Bay (Foto: Anthony Smith)
La Dra. Wang dirigió la secuenciación de genes y el análisis genético de casi 400 especímenes de las tres especies. Los investigadores descubrieron distintas variaciones genéticas entre las especies que ilustran historias muy diferentes de crecimiento y desarrollo de la población durante la antigüedad.
Se descubrió que la más antigua de ellas, Halobates splendens, había expandido su población hace casi un millón de años. Se descubrió que las otras dos especies más jóvenes, Halobates micans y Halobates sobrinus, aumentaron en abundancia hace 100.000 a 120.000 años.
Estas fechas formativas coinciden con eventos climáticos pasados. H. splendens se encuentra ahora en las ricas y productivas aguas de la lengua fría que se origina frente a las costas de América del Sur como la corriente del Perú. Los datos climatológicos mostraron que esta característica física del agua superficial fría comenzó a existir hace un millón de años, justo al mismo tiempo que el período de crecimiento de la diversidad genética y las poblaciones de H. splendens.
Se determinó que las otras dos especies H. sobrinus y H. micans se habían diversificado en las cálidas y relativamente improductivas aguas de Centroamérica. Las poblaciones de ambas especies se expandieron cuando los patrones climáticos de El Niño hicieron que el agua cálida del océano se moviera hacia el Océano Pacífico oriental. Los efectos de El Niño fueron especialmente fuertes en los hábitats de H. micans y H. sobrinus hace unos 100.000 años, coincidiendo con el momento en que estas especies desarrollaron sus patrones genéticos y tamaños de población modernos.
"Sin aparentes fronteras físicas en el océano abierto para detenerlos, los Halobates pueden patinar prácticamente desde la costa de California a través de todo el Océano Pacífico hasta Japón y más allá", dijo la Dra. Cheng. "Sin embargo, nunca se ha descubierto que dos de las especies estudiadas en este artículo, H. sobrinus y H. splendens, se aventuraran más allá del Océano Pacífico oriental y no sabíamos por qué. Este artículo nos dio la pista de su ascendencia".
El profesor de Oceanografía de Scripps, Richard Norris, es un paleontólogo que, para el estudio, comparó la expansión de las poblaciones de patinadores marinos con los períodos de tiempo en los que el registro fósil sugiere que las corrientes modernas se formaron por primera vez.
"La genética muestra que las tres especies que estudiamos tuvieron períodos de crecimiento poblacional que encajan inquietantemente bien con la evidencia geológica de cuando llegaron a existir los sistemas actuales en los que viven", dijo el profesor Norris. "Quizás no debería sorprenderme, ya que es común que las criaturas marinas se especialicen en condiciones particulares del océano, pero estos patinadores viven sobre el océano. Aparentemente, incluso el carácter del rocío del mar y la película de la superficie del agua es lo suficientemente diferente entre las corrientes como para importarles a estos animales".
La Dra. Wang dijo: "Los hallazgos de nuestro estudio destacan la profunda influencia de las condiciones climáticas en las poblaciones marinas. Los resultados también contribuyen a comprender el destino de los organismos que habitan en los océanos a medida que se acelera el cambio climático en las próximas décadas".
Para ampliar su conocimiento, los investigadores continuarán examinando la dinámica de la población de este enigmático insecto marino mediante el estudio de sus genomas.
"Basándonos en los conocimientos clave de este estudio, junto con nuestro trabajo en curso, nuestro objetivo es conectar los orígenes evolutivos de varias especies de Halobates y descubrir cómo llegaron a ocupar en la actualidad la superficie del océano y los hábitats costeros", dijo el biólogo marino y coautor, el profesor asistente Huang Danwei del Departamento de Ciencias Biológicas de NUS, y ex alumno de Scripps Oceanography.
El coautor, el Sr. Marc Cheng, dijo: "Tener datos genéticos es especialmente útil para organismos como los patinadores marinos que estamos estudiando, ya que no podemos observarlos etológicamente en su entorno natural para rastrear su población". Es un estudiante de doctorado en NUS que está utilizando métodos de secuenciación de ADN para descubrir la base genética de la vida en la superficie del mar.
El equipo de investigación informó por primera vez sobre sus hallazgos en la revista Marine Biology el 5 de septiembre de 2021: Distinct population histories among three unique species of oceanic skaters Halobates Eschscholtz, 1822 (Hemiptera: Heteroptera: Gerridae) in the Eastern Pacific Ocean
