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Huevos durmientes: un viaje a través del tiempo

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Eclosión de la Artemia

Vivimos en un mundo cambiante, cada vez más fragmentado y degradado, donde los organismos ven progresivamente limitada su capacidad de migración y dispersión frente a la amenaza del cambio global. Ante este escenario la adaptación genética a escala de tiempo contemporánea (años o décadas) se antoja como un mecanismo clave para la persistencia en el ambiente a largo plazo. Esto nos lleva a una cuestión central en el debate actual sobre el cambio global: ¿serán capaces los sistemas biológicos de adaptarse suficientemente rápido al ritmo de los cambios ambientales?

 

Responder a esta cuestión no es fácil. La mayor parte de estudios que abordan esta cuestión se han basado en un número pequeño de generaciones. Se conoce muy poco sobre la evolución en poblaciones naturales a escalas de tiempo más largos; las series temporales largas son generalmente escasas y costosas tanto en términos económicos como de esfuerzo humano.

 

Los estudios que consideran más de 100 generaciones proceden de microorganismos, ya que sus ciclos de vida son muy rápidos y permiten detectar cambios microevolutivos en un periodo de tiempo relativamente corto. Sin embargo, es difícil extrapolar los resultados de estos estudios a organismos multicelulares y a condiciones naturales, donde operan multitud de fuerzas selectivas al mismo tiempo. Otros estudios se han basado en enfoques espaciales, utilizando la variación espacial en las respuestas como proxy de cambios temporales, lo que llamamos “sustitución espacio por tiempo”.

 

Por ejemplo, si queremos estudiar la adaptación a un tipo determinado de estrés, usamos ambientes con distinto grado de perturbación, identificando el ambiente no estresado como el ambiente previo antes de que ocurriera la perturbación. Si bien estos estudios pueden aportar una información muy valiosa sobre la adaptación local, no dejan de estar basados en “instantáneas”, puntos estáticos en un momento concreto del tiempo. Además presentan una limitación muy importante y es que se basan en la premisa de que el único factor que varía entre puntos es el nivel de estrés, y esto obviamente no se cumple en la mayor parte de los casos. Integrar el factor tiempo de forma real permite capturar las respuestas de un modo dinámico, proporcionando una base predictiva mucho más robusta, al eliminar los factores de la variabilidad biogeográfica.

 

Una alternativa con un enorme potencial para estudiar la dinámica de las respuestas adaptativas en poblaciones naturales en el tiempo de vigencia de un proyecto convencional, es la Ecología de la Resurrección (ER). Se trata de eclosionar huevos de diapausa (durmientes) de organismos acuáticos que han permanecido enterrados en los sedimentos durante años. Estos huevos integran las historias ambientales del pasado en el conjunto de sus genes, proporcionando verdaderos archivos históricos con los que estudiar la adaptación de una forma dinámica en un periodo de tiempo corto.

 

Dependiendo de las especies y las condiciones ambientales, los huevos de diapausa pueden sobrevivir periodos que van desde varias décadas a varios siglos, como es el caso de la pulga de agua (Daphnia) cuyos huevos de más 600 años de antigüedad han sido eclosionados con éxito para estudiar la adaptación a la contaminación en lagos de Estados Unidos (Frisch et al. 2014). Comparando experimental y genéticamente los organismos resucitados con ejemplares actuales podemos estudiar cómo las especies han ido cambiando en el tiempo en respuesta a diferentes fuerzas selectivas como el estrés antropogénico.

 

Escasez de modelos de estudio

 

Quizás una de las limitaciones más importantes de la ER es la escasez de modelos de estudio. La práctica totalidad de la investigación en este campo se ha realizado con Daphnia en ecosistemas dulceacuícolas. Se necesitan nuevos modelos para poder explotar esta disciplina en todo su potencial. Recientemente el equipo de investigación de Thomas Lenormand (CEFE, CNRS, Francia) y Marta I. Sánchez (EBD, CSIC) han desarrollado un nuevo modelo en ER: el crustáceo extremófilo de medios hipersalinos Artemia. En este trabajo, financiado con un proyecto de la Fundación BBVA, liderado por la investigadora Marta I. Sánchez, y publicado en la revista Evolutionary Applications, se sientan las bases para el uso de Artemia en ER, abriendo nuevas avenidas de investigación en esta disciplina. Artemia posee múltiples atributos que la convierten en un modelo muy atractivo para la ER.

 

Por ejemplo sus huevos de resistencia o quistes se consideran el estadío de vida más resistente del mundo animal, y pueden obtenerse con buena viabilidad tanto de los sedimentos como de bancos de quistes en laboratorios. Tanto es así que se ha conseguido obtener ADN intacto de quistes de 27.000 años. Por otro lado los quistes se encuentran en grandes cantidades en la naturaleza, pudiendo llegar a producirse cientos o incluso miles de toneladas métricas por año, como ocurre en el Gran Lago Salado (Utah, EEUU) donde se cosechan para uso comercial.

 

Otra característica que convierte a Artemia en un buen modelo para la ER es que tiene un tiempo de generación corto, por tanto con un gran potencial para cambios microevolutivos. Además se distribuye mundialmente, permitiendo estudios comparativos a distintas escales espaciales, y sus hábitats están generalmente expuestos a una diversidad de estrés antropogénico, con lo que proporcionan contextos ecológicos muy interesantes para estudiar la adaptación al cambio global en la naturaleza.

 

Por otro lado, Artemia ha sido introducida en todo el mundo para su uso en acuicultura, y estas introducciones han estado a menudo asociadas a cambios bruscos en las condiciones bioticas y abióticas, proporcionando verdaderos experimentos naturales para estudiar la adaptación con una perspectiva espaciotemporal. El desarrolo reciente de Artemia como modelo en genómica añade una nueva dimensión a su uso en ER, permitiendo explorar con una visión más holística cuestiones fundamentales en ecología y evolución como es la adaptación local, la coevolucion parásito-huésped o la evolución de los sistemas reproductivos), así como desarrollar predicciones más firmes sobre los efectos del cambio global en organismos, comunidades y ecosistemas.

 

Finalmente, el uso de la ER en Artemia podría ayudar a preservar la biodiversidad del género, salvando de la extinción a numerosas especies/poblaciones que están desapareciendo a un ritmo vertiginoso debido a la invasión por la especie exótica Artemia franciscana, introducida en todo el mundo para su uso en acuicultura.

 

Más información en:

 

Lenormand, T., Nougué, O., Jabbour‐Zahab, R., Arnaud, F., Dezileau, L., Chevin, L. M., & Sánchez, M. I. 2017. Resurrection Ecology in Artemia. Evolutionary Applications.

Frisch, D., Morton, P. K., Chowdhury, P. R., Culver, B. W., Colbourne, J. K., Weider, L. J., & Jeyasingh, P. D. (2014). A millennial‐scale chronicle of evolutionary responses to cultural eutrophication in Daphnia. Ecology letters, 17(3), 360-368.

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