La ecología, no la física, explica la diversidad de los huevos de insectos
ARRIBA: Los chinches del algodoncillo, Oncopeltus fasciatus, ponen huevos que comienzan siendo amarillos y se vuelven naranjas a medida que el embrión se desarrolla en su interior. En los huevos más viejos, las patas dobladas y dos pequeños ojos rojos de la futura cría se pueden ver asomándose a través de la cáscara del huevo. IMAGEN DE SAMUEL CHURCH Y BRUNO DE MEDEIROS
El famoso biólogo evolutivo Leigh Van Valen dijo una vez que «la evolución es el control del desarrollo por parte de la ecología». En ninguna parte es eso más claro que en una nueva base de datos de mediciones de más de 10,000 huevos de insectos de diversos tamaños y formas creada por un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard. En un estudio de la colección publicado hoy (3 de julio) en Nature, los investigadores informan que el hábitat donde se ponen los huevos, no las leyes de escala geométrica que determinan los animales’ proporciones u otros rasgos de la historia de vida: explica la diversidad del tamaño y la forma de los huevos entre los insectos.
“El mayor…
La evolución del tamaño y la forma de los organismos es un problema que los científicos biológicos han estado estudiando durante siglos, y atrajo los esfuerzos de algunos de los biólogos más destacados del siglo XX, como Julian Huxley y Steven J. Gould. El libro clásico de Darcy Thompson Sobre el crecimiento y la forma, publicado en 1917, investigó la cuestión de si hay ciertas formas que solo pueden existir si tienen un cierto tamaño, señala la bióloga del desarrollo evolutivo Cassandra Extavour, la autora principal. del nuevo estudio. Por ejemplo, las extremidades de un elefante tienen que ser proporcionalmente mucho más gruesas que las de una gacela porque la masa aumenta con el cubo de las medidas lineales (lo que se conoce como ley de escala geométrica). Por lo tanto, una gacela de extremidades delgadas cuya masa se escalara a la de un elefante se rompería las patas.
En la misma línea de razonamiento geométrico, se podría suponer que los huevos con volúmenes más grandes tendrían formas más largas para maximizar el área de superficie necesaria para el intercambio de oxígeno.
Otra explicación común para la evolución del tamaño y la forma del huevo radica en la relación entre el huevo y los rasgos de la historia de vida, como la tasa de desarrollo y el tamaño adulto final, explica Extavour. Por ejemplo, una idea generalmente aceptada pero no probada es que los insectos adultos más grandes producen huevos más grandes, y los huevos más grandes se asocian con adultos más grandes.
Los estudiantes de posgrado de Extavour, Sam Church y Seth Donoughe, se interesaron en recopilar información. sobre el tamaño y la forma de los huevos de insectos porque estaban estudiando el comienzo del desarrollo en el grillo y se preguntaban cómo se comparaba con insectos de varios tamaños.
Puedes estar bastante seguro de que cualquier problema que se te ocurra crees que es realmente interesante, alguien más en la historia de la ciencia ha pensado que esto también fue interesante. Y para no repetir el trabajo que se ha hecho en el pasado, y para mejorar su trabajo aprendiendo de lo que ya se ha hecho, siempre debe asegurarse de estar conectado a tierra en el trabajo anterior al suyo, dice Extavour.
Así que Church y Donoughe comenzaron a buscar datos de huevos de insectos en la literatura científica. El único problema: la información describía literalmente millones de especies y estaba dispersa en miles de documentos, lo que llevaría años buscar y leer. Para sortear este problema logístico, los investigadores escribieron un algoritmo informático para buscar documentos digitales y marcar las páginas que probablemente contenían información sobre el tamaño y la forma de los huevos de insectos, por ejemplo, si contenían las palabras huevo u ovario y la longitud de la palabra. Una vez que la computadora marcó las páginas relevantes, los investigadores ingresaron manualmente la información relevante en su base de datos. Consiguieron la ayuda de Mary Sears, la bibliotecaria de la Biblioteca Ernst Mayr del Museo de Zoología Comparada de Harvard, para encontrar y digitalizar documentos antiguos para que pudieran buscarse en la computadora.
El resultado: una base de datos de más de 10 000 mediciones de huevos de insectos de 6706 especies, con tamaños de huevos que varían en casi ocho órdenes de magnitud, desde el huevo de la avispa parasitoide más diminuta Platygaster vernalis, de solo 7 x 10-7 mm3 de volumen, hasta el huevo de 500 mm3 del escarabajo perforador de tierra, Bolboleaus hiaticollis. A modo de comparación, si el huevo más pequeño fuera del tamaño de una pelota de golf, entonces el más grande tendría el volumen de una piscina olímpica. piscina, dice Art Woods, fisiólogo ecológico y evolutivo de la Universidad de Montana.
Estos huevos con forma de semilla son puestos por el bastón del norte, Diapheromera femorata, y son dispersados por las hormigas. El fondo es una serie de siluetas en forma de huevo reconstruidas a partir de dibujos de la literatura entomológica. Los huevos fueron fotografiados por Sofia Prado-Irwin, Bruno de Medeiros y Samuel Church en The Caterpillar Lab en Keane, NH; y representado con siluetas de huevos por Seth Donoughe.
Este conjunto de datos sin precedentes permitió a los investigadores probar una variedad de hipótesis que se habían presentado en la literatura, como la idea de que los huevos grandes desarrollaron una forma larga para maximizar el empaquetamiento dentro de la hembra. ; o, por el contrario, que los huevos grandes serían redondos para minimizar el costo de hacer una cáscara de huevo. Otras hipótesis incluían la idea de que los insectos con huevos grandes tienen un tiempo de desarrollo más largo que los insectos con huevos pequeños.
Pero ninguna de estas ideas resistieron el escrutinio.
Descubrimos que podemos tener bastante casi cualquier forma en casi cualquier tamaño y no hay una tendencia consistente en la evolución del tamaño y la forma de los huevos en los insectos, dice Extavour.
El resultado fue contrario a la intuición, basado en el pensamiento alométrico que impregna los estudios de la evolución de forma y tamaño. Creo que mucha gente que trabaja en metabolismo y fisiología tiene la idea subyacente de que hay reglas muy simples, y que si observa escalas de datos lo suficientemente amplias, esas reglas simples se manifestarán como patrones realmente grandes que aparecerán , dice Woods. Aquí, los investigadores muestran que, en general, los insectos más grandes tienen huevos más grandes, pero todavía hay tres o cuatro órdenes de magnitud de diferencia de tamaño entre los huevos de insectos de un tamaño determinado, lo que significa que el vínculo entre el tamaño del huevo y el tamaño del adulto simplemente no es muy apretado, explica Woods.
Los investigadores luego observaron dos entornos de puesta de huevos que han evolucionado de forma independiente en muchas ocasiones diferentes: el endoparasitismo (insectos que ponen huevos dentro de otros insectos) y la puesta de huevos acuáticos. Descubrieron que los insectos endoparásitos producen huevos pequeños en forma de lágrimas, mientras que los huevos de los insectos que los ponen en el agua son pequeños y tienden a tener formas más redondas. La ecología del huevo parece desempeñar un papel predominante en la influencia del tamaño y la forma del huevo.
Los huevos reflejan las condiciones ecológicas locales en las que viven los huevos, mucho más que cualquier otra etapa de la vida. dice Woods.
Los huevos vienen en todas las formas y tamaños, como se muestra en esta serie de cuatro huevos de insectos: una mosca hawaiana, Drosophila mimica (izquierda); un grillo de dos manchas, Gryllus bimaculatus (arriba); una chinche del algodoncillo, Oncopeltus fasciatus (derecha); y una mariposa imperial rayada, Jamelnus evagoras (abajo). Los huevos difieren no solo en la forma, sino también en la ornamentación de la cáscara poligonal en la mosca, áspera en la mariposa, lisa en el grillo y con una pequeña corona anterior en el algodoncillo. Imágenes de Samuel Church y Seth Donoughe
Por lo tanto, las ideas anteriores que explican el tamaño y la forma del huevo en función de sus correlaciones con rasgos como el tiempo de desarrollo y el tamaño del adulto parecen ser incorrectas. Los adultos grandes no siempre provienen de huevos grandes; ni el tamaño del huevo se correlaciona con el tiempo de desarrollo. Los insectos tienen ciclos de vida con cuatro etapas de vida (huevo, larva, pupa, adulto), cada uno con su propia ecología, y cada uno está sujeto a diferentes presiones selectivas, explica Woods. Sus datos respaldan la idea de que las etapas pueden estar menos conectadas entre sí de lo que pensábamos, y eso aparece en los datos como la evolución de la etapa de huevo en relación con sus propios entornos próximos en lugar de en relación con otras cosas que suceden en otros. partes del ciclo de vida. Eso es genial, dice Woods.
Woods agrega que tal vez los estudios futuros podrían identificar ejes adicionales de variación ecológica que importan. Por ejemplo, puede ser posible encontrar patrones de tamaño y forma para los insectos que ponen huevos en la superficie de las hojas, la tierra o dentro de la fruta podrida, todo lo cual presentaría diferentes desafíos para la supervivencia, como la disponibilidad de oxígeno y la desecación.
Una de las cosas clave que Extavour dice que fue fundamental en su análisis fue tener en cuenta las relaciones filogenéticas de los insectos utilizando métodos estadísticos sofisticados, porque de lo contrario uno podría llegar a conclusiones incorrectas. Por ejemplo, muchos escarabajos tienden a tener huevos redondos, por lo que las similitudes entre las especies de escarabajos se explican por su relación evolutiva, no por la ecología. Solo porque los investigadores eligieron características como el endoparasitismo y la puesta de huevos acuáticos, que han evolucionado independientemente muchas veces, y porque tenían información completa sobre el árbol evolutivo de los insectos que les permitió controlar la relación, pudieron encontrar el patrón que el el entorno de los huevos predijo su tamaño y forma.
Creo que en los casos en que formas o tamaños similares han evolucionado independientemente unos de otros, sea cual sea la característica que uno está estudiando, la corrección filogenética va a ser clave, dice ella. Las restricciones de escala universales en las estructuras animales no son un marco útil para comprender el tamaño y la forma de los huevos, pero podemos descubrir un marco universal útil si tenemos en cuenta esas cosas.
SH Church et al., El tamaño y la forma de los huevos de insectos evolucionan con la ecología pero no con la tasa de desarrollo, Naturaleza, doi:10.1038/s41586-019-1302- 4 de enero de 2019.
SH Church et al., Un conjunto de datos sobre el tamaño y la forma de los huevos de más de 6700 especies de insectos, Datos científicos, doi:10.1038/s41597-019-0049-y, 2019.
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