La zostera marina es evolutivamente mucho más joven de lo que pensábamos

pradera de zostera marina
En la foto se muestra un hábitat de zostera marina frente a la costa del Mar Báltico occidental, Falckenstein, a tres metros de profundidad. En comparación con sus ancestros que habitaron el Pacífico, las poblaciones de zostera marina del Atlántico son mucho más jóvenes, menos diversas y, por lo tanto, más vulnerables al cambio climático. Crédito: Uli Kunz/Submaris

Sus praderas son responsables de casi un tercio del carbono secuestrado en el océano

La zostera marina, una de las plantas más abundantes en el océano, se originó en Japón antes de extenderse por todo el mundo. Ahora, los científicos han arrojado luz sobre cuándo y cómo la hierba marina se adaptó y evolucionó a lo largo de su historia.

Su investigación pudo evaluar estimaciones de tiempo absoluto para los principales eventos de colonización. Anteriormente se suponía, debido a la amplia y variada huella geográfica de la planta, que la zostera marina comenzó a colonizar los océanos hace unos 3 millones de años. El estudio muestra que esa cifra probablemente se acerque más a apenas 250.000 años, y muchos eventos clave de colonización en el océano Atlántico ocurrieron en los últimos 40.000 años.

La zostera representa uno de los sumideros de carbono más grandes del océano: ocupando solo el 0,2% del fondo del océano, estas praderas son responsables de casi un tercio del carbono secuestrado en el océano.

Además de proporcionar una cronología más detallada de la evolución de la hierba marina, el estudio también muestra que las praderas más jóvenes del océano Atlántico son mucho menos diversas que sus ancestros del océano Pacífico, lo que significa que estos hábitats son más vulnerables a los efectos de un clima cambiante. Saber más sobre cómo evolucionó la zostera marina puede ayudar a informar los esfuerzos de conservación para las poblaciones en riesgo.

Es única en el sentido de que no hay muchas especies capaces de ocupar las regiones donde florece zostera. La planta puede prosperar tanto en climas fríos como tropicales y crece frente a las costas de Alaska y Noruega, así como en California y México. Según el estudio, parecería que una vez que las condiciones fueron adecuadas para la zostera marina, pudo propagarse rápidamente y establecerse en una variedad de nuevos entornos.

Todo esto comenzó hace aproximadamente 250.000 años, cuando la hierba marina cruzó la corriente oceánica desde Japón para colonizar el sur de California y las costas mexicanas. Aproximadamente 100.000 años después, esa hierba marina japonesa volvió a cruzar el Pacífico, sólo que esta vez viajó hacia el norte, hasta Washington, Columbia Británica y Alaska.

A su llegada a Alaska, la zostera marina se trasladó rápidamente al océano Atlántico a través del estrecho de Bering, que antes era inaccesible debido al hielo del Ártico. Sin embargo, gran parte de la colonización de la hierba marina en el océano Atlántico se produjo durante los últimos 20.000 a 40.000 años, estableciéndose en zonas costeras del Atlántico frente a las costas de lugares como Carolina del Norte, Noruega y Portugal.

Historia de la dispersión y colonización a través del Pacífico y el Atlántico

dispersión de zostera marina en el Pacífico

Océano Pacífico: Z. marina surgió en la región del archipiélago japonés. Los sucesos conocidos en el Ártico ruso se representan con puntos de color verde claro. Los eventos de dispersión hipotéticos son los siguientes: Evento 1, primera dispersión transpacífica a través de la corriente del Pacífico Norte, llegando a la 'puerta de entrada' de la corriente del Pacífico Norte, donde se divide hacia el sur siguiendo la corriente de California y hacia el norte a través de la corriente de Alaska, en este caso tomando la ruta del sur. Evento 2, las dispersiones transpacíficas posteriores hacia la “puerta de entrada” van hacia el sur o el norte y, si siguen la ruta norte, luego hasta Alaska y posiblemente más allá. Evento 3, colonización del Atlántico desde Alaska recientemente colonizada.

dispersión de zostera marina en el Atlántico

Océano Atlántico: La dispersión hacia el Atlántico probablemente fue impulsada por la corriente de Labrador hacia el sur, que proporcionó la base original y la posterior propagación al Mediterráneo (incluido el sur de Portugal) y una mayor dispersión a lo largo de ambas costas atlánticas entre MIS4 y el LGM en la que las expansiones y contracciones de las poblaciones se movieron con el borde del hielo y el cambio del nivel del mar.

Para desarrollar una línea de tiempo como esta, los investigadores normalmente diseñarían un reloj genético basado en su divergencia con una especie diferente. Sin embargo, la hierba marina no disponía de una herramienta de calibración fiable en forma de otra especie, por lo que los científicos tuvieron que utilizar el propio genoma.

Hace aproximadamente 67 millones de años, el antepasado de la zostera marina experimentó un evento de duplicación completa del genoma, duplicando todos sus cromosomas. Con el tiempo, las copias cromosómicas nuevas y antiguas comienzan a divergir y mutar entre sí. Este cambio se produce a un ritmo predecible, lo que permite a los investigadores utilizar el ensamblaje del genoma para calibrar su reloj genético.

Varios investigadores de todo el mundo estaban trabajando cada uno en su propio reloj genético para descubrir cuándo se estableció la zostera marina en varios lugares. Un grupo investigó cambios en las secuencias de proteínas, mientras que otros analizaron mutaciones puntuales en todo el genoma o cambios en el genoma del cloroplasto de la planta, cada uno de los cuales tiene su propia tasa de cambio. Una vez calibrado adecuadamente, cada reloj molecular proporcionó de forma independiente puntos temporales de los principales eventos de colonización global de zostera marina.

El Instituto Conjunto del Genoma del Departamento de Energía de EE. UU., una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, proporcionó recursos de secuenciación, incluido el ensamblaje del genoma de zostera marina que permitió el análisis de todo el evento de duplicación del genoma, experiencia en bioinformática, así como secuenciación de todas las poblaciones globales de zostera marina utilizadas en el estudio para revelar eventos de colonización.

zostera marina en la revistaDe cara al futuro, los científicos pueden utilizar esta información para evaluar qué rasgos específicos hacen que las especies más antiguas de zostera del Océano Pacífico sean tan resistentes. Eso, a su vez, puede ayudar a informar los esfuerzos para preservar las especies más jóvenes y en mayor riesgo que viven en los ambientes del Océano Atlántico y las capacidades de sumidero de carbono de la planta.

La investigación ha sido publicada en Nature Plants:

• Author Correction: Ocean current patterns drive the worldwide colonization of eelgrass (Zostera marina)
• Artículo original: Ocean current patterns drive the worldwide colonization of eelgrass (Zostera marina)

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