Las moscas de la fruta evolucionan al ritmo de las estaciones: estudio
ARRIBA: Mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) iStock.com, IMNATURE
En general, se piensa que la evolución avanza lentamente, interrumpida solo por perturbaciones ecológicas significativas como la contaminación o la destrucción del hábitat. Pero un estudio publicado hoy (17 de marzo) en Science encuentra que la evolución, de hecho, puede ocurrir lo suficientemente rápido como para permitir la adaptación a los cambios estacionales que ocurren cada año, al menos en las moscas de la fruta. (Drosophila melanogaster).
En un experimento de campo controlado a gran escala que duró cuatro meses, los científicos documentaron cambios en el 60 por ciento de los genes de las moscas. Los investigadores también observaron cambios rápidos y pronunciados en seis características físicas relacionadas con la supervivencia de julio a noviembre. de Pensilvania, le dice a The Scientist. El ritmo de la evolución fue increíblemente sorprendente. Es súper rápido.
Ya se sabe que las moscas de la fruta evolucionan a gran velocidad. En estudios de laboratorio, los insectos desarrollan resistencia a factores estresantes como ambientes secos y temperaturas frías dentro de 8 a 9 generaciones. Por el contrario, el nuevo estudio documentó cambios en las características físicas de las moscas en escalas de tiempo más cortas dentro de tres o cuatro generaciones, cada una de las cuales puede durar un mes o más. Estudios anteriores también observaron poblaciones más pequeñas de moscas, del orden de 2000 a 3000 individuos, mientras que este estudio tuvo un tamaño de muestra mucho mayor. En el pico de los estudios, el número de moscas en el experimento llegó a 100.000.
Este estudio se basa en experimentos de campo anteriores del grupo, en los que encontraron que las características físicas de las moscas de la fruta, desde la tolerancia a la deshidratación hasta la coloración, cambian drásticamente en el transcurso de un año. Pero los investigadores no pudieron descartar la posibilidad de que las poblaciones de moscas externas se hubieran mudado al área entre muestreos, causando los cambios observados. Entonces, para el nuevo estudio, Schmidt y sus colegas decidieron construir una gran estructura casi al aire libre para simular las condiciones en el campo lo más fielmente posible y al mismo tiempo controlar lo que entraba y salía.
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El equipo construyó diez jaulas de malla al aire libre, cada una con un árbol frutal. Dentro de las jaulas, las moscas experimentaron lluvia, frío y sol. Dentro de cada jaula, los investigadores controlaron la comida que comían las moscas, los microbios a los que estaban expuestas y sus depredadores y parásitos. Al comienzo del experimento, sembraron las jaulas con 1000 moscas cada una, que eran descendientes de una población originaria de Pennsylvania.
Recintos en el huerto experimental de la Universidad de PennsylvaniaEric sucar
El estudio midió cómo seis rasgos físicos diferentes asociados con la supervivencia, como la tolerancia a la desecación y la fecundidad, cambiaron en cuatro momentos experimentales al tomar muestras de 2500 huevos de cada jaula uno, dos, tres y cuatro meses después del inicio del experimento. Eclosionaron estos huevos y evaluaron los rasgos físicos de las moscas. Debido a la corta vida útil de las moscas, cada punto de tiempo correspondía a unas cuatro generaciones.
Los investigadores también midieron cómo cambiaba la composición genética de las moscas en los cuatro puntos de tiempo. En cada punto, tomaron muestras de 100 moscas de la fruta de cada una de las jaulas, las criaron durante tres generaciones para eliminar cualquier cambio que pudiera transmitirse a través de la epigenética y realizaron una secuenciación agrupada del genoma completo para probar qué alelos eran los más prevalentes. Los investigadores observaron la respuesta paralela en todas las jaulas en cada momento para definir la respuesta unificada a los cambios estacionales en las condiciones ambientales, dice Schmidt.
Los investigadores compararon la velocidad a la que cambiaron los rasgos físicos de las moscas con un metanálisis de estudios de campo que examinaron el cambio fenotípico a lo largo del tiempo en menos de 200 generaciones. Descubrieron que algunos rasgos físicos evolucionaron más rápido de lo que se había observado en estudios anteriores citados en el metanálisis, mientras que otros evolucionaron a un ritmo comparable.
A lo largo del experimento, algunos rasgos físicos y alelos se alteraron en una dirección solo para invertir el rumbo a medida que cambiaban las condiciones. Otros rasgos solo cambiaron en una dirección durante todo el experimento. Los científicos dicen que estudios anteriores pueden haber observado puntos de tiempo que están demasiado separados para capturar estas oscilaciones y, por lo tanto, pueden haber subestimado la tasa de adaptación.
Los investigadores observaron cambios en las frecuencias alélicas en un 60 por ciento de los sitios genéticos que analizaron, pero dicen que muchos de estos cambios se deben al autostop genético, donde los cambios en un gen causan alteraciones en otras partes del genoma. A través de análisis adicionales, identificaron 165 regiones del genoma que son sensibles a la presión selectiva de forma independiente entre sí. , como la tolerancia a la inanición y el tamaño del huevo, evolucionaron rápidamente en paralelo, lo que llevó a los investigadores a concluir que las regiones del genoma bajo la mayor presión de selección eran vías de señalización de alto nivel o elementos reguladores que controlaban múltiples rasgos a la vez. p>
Joseph Graves, biólogo evolutivo de la Universidad Estatal Técnica y Agrícola de Carolina del Norte que no participó en el trabajo pero pasó la primera parte de su carrera estudiando la evolución de la mosca de la fruta, le dice a The Scientist que fue un buen estudio. Y fue una enorme cantidad de trabajo. Sin embargo, no le sorprendieron los resultados.
Es un experimento a gran escala que prueba en un entorno casi naturalista cosas que ya se habían establecido sobre la evolución experimental en Drosophila, comenzando en desde fines de la década de 1980 hasta la década de 1990, dice Graves, refiriéndose a más de media docena de artículos escritos por él mismo y otros que informan que, en ambientes de laboratorio, Drosophila desarrolla rápidamente resistencia a la desecación, el hambre y otros factores estresantes en Paralelo.
Schmidt dice que el objetivo de estudios como este que simulan entornos naturales es comprender cómo las especies se adaptan a los cambios globales, particularmente los debidos al cambio climático, y ayudar a los esfuerzos de conservación. Dice que es posible que el tipo de rápidos cambios de adaptación observados en el nuevo estudio estén ocurriendo en otras especies, incluso en humanos. La escala de tiempo apropiada para que esto opere en humanos podría ser del orden de 400 años. . . . Pero es una pregunta abierta. . . si las presiones de selección fluctuantes [suceden] en estas escalas de tiempo, dice Schmidt.
Los sistemas ecológicos están cambiando muy rápidamente debido al cambio climático, dice Schmidt, y si el cambio ecológico está ocurriendo realmente rápido y la evolución se considera como un proceso muy lento y gradual, los dos nunca se encontrarán. . . Lo que mostramos aquí es que la evolución está actuando tan rápido que la ecología y la evolución están operando en la misma escala de tiempo.
Therese Markow, bióloga evolutiva emérita de la Universidad de California en San Diego, que no participó en el trabajo, le dice a The Scientist que creo que los datos son muy sólidos.
Markow agrega, sin embargo, que los experimentos se establecieron para maximizar la cantidad de variabilidad genética en sus poblaciones base y sus poblaciones fundadoras. . . muchas otras especies no tienen tanta variabilidad genética. Entonces, para poder generalizar a otras poblaciones, especialmente dentro del contexto de conservación de especies en peligro de extinción, sería muy interesante hacer este mismo experimento, pero con poblaciones base que tuvieran muy poca variabilidad genética.
Graves tiene reservas similares. Cuando llegas a un tamaño de población de 100.000, que es una de las cosas buenas de su estudio, tienes mucha más variación genética permanente con la que trabajar y, por lo tanto, una mayor capacidad para responder a los cambios ambientales, dice. Cuando se trata de temas de conservación, ese no es el caso.
Hemos demostrado que este fenómeno [de rápida evolución] realmente opera en el mundo natural en el campo, dice Schmidt. El desafío es, para otras personas y, con suerte, para nosotros también, preguntar: ¿Qué tan general es este fenómeno?