Cómo los espinosos antiguos están contribuyendo a los trabajos actuales en materia de biodiversidad
En un contexto de cambios medioambientales acelerados, los conservacionistas carecen de registros observacionales exhaustivos sobre las adaptaciones de las especies a lo largo de largos períodos de tiempo. En consecuencia, siguen existiendo muchas incógnitas científicas, como por ejemplo cómo las mutaciones genéticas perjudiciales se «aprovechan» de las adaptaciones genéticas beneficiosas. «Las adaptaciones para la supervivencia conllevan compensaciones evolutivas. Comprender qué variaciones genéticas permiten a las poblaciones adaptarse, y a qué coste genético, podría aportar información sobre la resiliencia de las poblaciones», explica Andrew David Foote(se abrirá en una nueva ventana), de la Universidad de Oslo. Para ayudar a cubrir esta laguna de conocimiento, Foote coordinó el proyecto EXPLOAD, financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), en el que se investigaron diferentes adaptaciones paralelas del espinoso de tres espinas, impulsadas por los mismos genes.
Captar la cronología y el ritmo de los cambios genómicos
Aunque la evolución suele ser un proceso lento y escalonado, el espinoso de tres espinas desarrolla adaptaciones con relativa rapidez. Esto, junto con su abundancia a largo plazo en los lagos del hemisferio norte, la convierte en una especie modelo de estudio. Con la ayuda del Servicio Geológico de Noruega, el equipo de EXPLOAD recogió núcleos de sedimentos marinos, salobres y de agua dulce de «lagos de aislamiento posglacial». Estos se formaron al final de la última glaciación, hace casi 12 000 años, cuando las capas de hielo retrocedieron y el terreno se elevó gradualmente. A medida que el terreno se elevaba, las bahías marinas recién formadas, aisladas del mar, acabaron convirtiéndose en lagos de agua dulce. «Dado que los espinosos de tres espinas solían colonizar los lagos de forma independiente, sus sedimentos constituyen experimentos naturales», explica Foote. «El muestreo de varios lagos a lo largo de diferentes escalas temporales revela adaptaciones paralelas del espinoso de tres espinas, lo que permite comprender si las mutaciones genéticas perjudiciales aumentan a la par que las adaptaciones al agua dulce».
Rastrear la trayectoria de la variación genética
Los enfoques genómicos de vanguardia se centraron en las regiones genéticas que controlan la formación de la morfología defensiva y alimentaria, junto con los rasgos conductuales y fisiológicos. Por ejemplo, el gen EDA(se abrirá en una nueva ventana) sustenta el desarrollo de placas óseas protectoras. La variante del gen EDA en los espinosos marinos da lugar a placas óseas protectoras a lo largo de sus costados, mientras que los espinosos de agua dulce presentan una armadura reducida, pero un crecimiento más rápido en las primeras etapas de la vida, lo cual resulta beneficioso en inviernos más fríos. Dado que el ADN antiguo está muy fragmentado, el equipo también recogió ADN de alta calidad de un espinoso vivo y secuenció su genoma para crear una especie de esqueleto al que se pudiera añadir la «carne» del ADN antiguo. «La variación genética conservada en sedimentos de hasta 13 000 años de antigüedad nos permitió observar cómo se desarrollaba la evolución de una forma que antes no era posible», afirma Foote. Inicialmente se esperaba que las mutaciones beneficiosas que se propagaban por regiones de baja recombinación arrastraran consigo mutaciones perjudiciales. Sin embargo, los espinosos parecían haberlas eliminado(se abrirá en una nueva ventana), lo que sugiere que los costes de adaptación mutacional no son universales. «Necesitamos una comprensión más matizada de la interacción entre la recombinación, la estructura del genoma y la selección», señala Foote. Al comparar el ADN antiguo de diferentes lagos, el equipo también descubrió que los genes que se adaptaron antes al agua dulce fueron los que provocaron los mayores cambios morfológicos o fisiológicos. Al haber coevolucionado, estos genes solían agruparse, como los vinculados al gen EDA.
Desarrollo de una herramienta general de paleogenómica
Las metodologías de EXPLOAD, especialmente el análisis del ADN antiguo sedimentario, tienen un potencial más amplio, ya que, por ejemplo, proporcionan a la paleoecología y la arqueología información sobre organismos y ecosistemas del pasado de los que se conservan pocos registros fósiles. Foote está ampliando ahora su investigación a nuevos núcleos sedimentarios y lagos, para comprender mejor por qué la velocidad y la trayectoria de la adaptación difieren entre entornos de agua dulce colonizados de forma independiente. «Nuestro objetivo es convertir la paleogenómica sedimentaria en una herramienta más general para reconstruir el cambio evolutivo, en lugar de inferirlo a partir de comparaciones entre poblaciones vivas», añade Foote.
