Son conocidos por sus cebos bioluminiscentes que cuelgan de sus frentes
Un estudio de la Universidad Rice arroja luz sobre la extraordinaria evolución del rape, un grupo de habitantes de las profundidades marinas cuyas extrañas adaptaciones han cautivado a los científicos y al público por igual.
La investigación descubre cómo estas enigmáticas criaturas desafiaron las probabilidades para diversificarse en el duro entorno pobre en recursos de la zona batipelágica, parte del océano abierto que se extiende desde 1.000 a 4.000 metros bajo la superficie del océano.
Dirigido por un equipo de biólogos que incluye a Kory Evans de Rice y su ex estudiante universitaria Rose Faucher, el estudio analizó el viaje evolutivo del rape (Lophiiformes) a medida que pasaba de los hábitats del fondo marino a las aguas abiertas de las profundidades marinas.
Mediante análisis genéticos de vanguardia e imágenes 3D de especímenes de museo, los investigadores reconstruyeron el árbol evolutivo del rape e identificaron las innovaciones morfológicas que permitieron a estos animales prosperar en un entorno considerado uno de los más desafiantes de la Tierra.
Los peces rape son más conocidos por sus señuelos bioluminiscentes, que cuelgan de sus frentes para atraer a sus presas en la oscuridad perpetua de las profundidades marinas. Sin embargo, su historia evolutiva va mucho más allá de esta sorprendente adaptación.
El estudio revela que el rape pelágico de aguas profundas (ceratioideos) se originó a partir de un ancestro bentónico o que habitaba en el fondo marino. Este antepasado vivió en el talud continental antes de trasladarse a las aguas abiertas de la zona batipelágica en una transición que preparó el escenario para un rápido cambio evolutivo. Los ceratioideos luego desarrollaron características como mandíbulas más grandes, ojos más pequeños y cuerpos comprimidos lateralmente: adaptaciones hechas a la vida en un entorno con alimentos limitados y sin luz solar.
Sin embargo, a pesar de estas tendencias direccionales, los ceratioideos también mostraron una variabilidad notable en las formas corporales, desde el arquetípico rape globoso hasta formas alargadas como el fenotipo "trampa para lobos", que presenta una estructura de mandíbula parecida a una trampa.
Imagen derecha: Diversidad fenotípica de los rapes. Crédito: Nature Ecology & Evolution (2024). DOI: 10.1038/s41559-024-02586-3
Este hallazgo es el más sorprendente del estudio, ya que la zona batipelágica no limitó la evolución como se esperaba a pesar de su aparente falta de diversidad ecológica. En cambio, el rape alcanzó altos niveles de disparidad fenotípica, mayores que sus parientes bentónicos, tanto en aguas superficiales como profundas. Esto sugiere que, en lugar de estar limitados por los desafíos ambientales de las profundidades marinas, los ceratioideos exploraron nuevas posibilidades evolutivas, diversificando sus formas corporales y estrategias de caza.
"Con sus características únicas, como cebos bioluminiscentes y grandes aberturas orales, el rape de aguas profundas puede ser uno de los pocos ejemplos documentados de radiación adaptativa en la zona batipelágica con recursos limitados", dijo Evans, coautor correspondiente del artículo y profesor adjunto de biociencias.
"Es probable que estos rasgos hayan dado al rape una ventaja a la hora de explotar recursos escasos y navegar en las condiciones extremas de su entorno, aunque no tenemos pruebas sólidas que vinculen directamente esta diversidad con este tipo de especialización de recursos".
Evans señaló que la investigación deja espacio para la posibilidad de que procesos no adaptativos, como la selección relajada o las mutaciones aleatorias, también podrían haber contribuido a la variabilidad observada.
Los investigadores también compararon clados de rape en diferentes hábitats y encontraron resultados más inesperados. Las especies costeras como el pez rana, que viven en entornos de arrecifes de coral diversos y productivos, exhibieron tasas de cambio evolutivo mucho más bajas que sus contrapartes en las profundidades marinas.
"La idea de que un entorno homogéneo y pobre en recursos (como estar rodeado por todos lados solo por agua) produciría diversos diseños corporales y craneales es realmente contraintuitiva en este campo", dijo Faucher, quien fue coautor principal del artículo junto con Elizabeth Christina Miller, becaria postdoctoral en la Universidad de California, Irvine.
Imagen: Evolución del alargamiento corporal en peces rape. Crédito: Nature Ecology & Evolution (2024). DOI: 10.1038/s41559-024-02586-3
"Cuando los peces interactúan con diferentes características, como los corales y las plantas en aguas poco profundas o la arena y las rocas en el fondo marino, es cuando esperaríamos que los peces tuvieran una gran variedad de formas. En cambio, lo estamos viendo en estos peces de aguas profundas que no tienen nada más que agua con lo que interactuar".
Los investigadores utilizaron una combinación de métodos avanzados para realizar este estudio. Construyeron una filogenia del rape utilizando datos de 1.092 loci genéticos de 132 especies, que representan aproximadamente el 38% de las especies descritas, complementados con calibraciones fósiles y datos genómicos para estimar los tiempos de divergencia y los hábitats ancestrales.
Se recopilaron datos morfológicos de especímenes de museo, incluidas mediciones corporales lineales y análisis de la forma del cráneo en 3D mediante exploraciones de micro-CT. Para evaluar las tendencias evolutivas, los investigadores aplicaron métodos comparativos filogenéticos para evaluar la diversificación fenotípica y de linaje, mientras que los análisis de disparidad cuantificaron el alcance de la variación morfológica entre los clados y hábitats del rape.
Luego emplearon modelos bayesianos para reconstruir hábitats ancestrales, revelando que los ceratioideos se originaron a partir de ancestros bentónicos antes de pasar a la zona pelágica. Finalmente, los análisis de componentes principales visualizaron cómo el rape ocupaba diferentes regiones del espacio fenotípico, arrojando luz sobre las tendencias evolutivas en las formas del cuerpo, el cráneo y la mandíbula.
"Los rapes son un ejemplo perfecto de cómo la vida puede innovar en condiciones extremas", afirmó Evans. "Este trabajo no solo mejora nuestra comprensión de la biodiversidad de las profundidades marinas, sino que también ilustra la resiliencia y la creatividad de la evolución".
La importancia de este estudio va más allá de la historia evolutiva del rape, ya que proporciona valiosa información sobre cómo la vida se adapta a entornos extremos. Las profundidades marinas son uno de los ecosistemas menos comprendidos de la Tierra, pero desempeñan un papel fundamental en la biodiversidad global y en el ciclo del carbono del planeta. Comprender cómo organismos como el rape prosperan en esas condiciones ayuda a los científicos a predecir cómo podría responder la vida a los cambios ambientales, incluidos aquellos causados por el cambio climático.
Además, el estudio aborda cuestiones más amplias de la macroevolución: cómo surgen nuevas especies, se adaptan y se diversifican. Al demostrar que incluso los entornos pobres en recursos pueden fomentar una significativa radiación evolutiva, la investigación desafía la sabiduría convencional y abre nuevas vías para estudiar la evolución en hábitats extremos.
La investigación se ha publicado en Nature Ecology & Evolution: Reduced evolutionary constraint accompanies ongoing radiation in deep-sea anglerfishes
