Reinas de hormigas vírgenes de Arizona podrían arrojar luz sobre la previsibilidad de la evolución
Antes de un mundo en calentamiento volvió elevaciones más bajas de Arizona en el desierto hace 10.000 años, estaban alfombradas de flores silvestres y bosques. Sobresaliendo por encima de todo fueron las cinco islas del cielo: 2.400 metros de altura las montañas que acogieron fauna única, incluyendo hormigas cuyas alas virgen reinas pululaban los bosques a las nuevas colonias que se encuentran. Pero cuando el desierto se tragó las tierras bajas, todo lo que quedaba del pisando motivos de las hormigas eran los picos cubiertos de vegetación. Para hacer frente, las colonias ahora aisladas-evolucionaron una estrategia idéntica: Las reinas perdieron sus alas. Una nueva investigación muestra que estas adaptaciones paralelas podrían arrojar luz sobre un debate de larga data sobre la previsibilidad de la evolución.
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Durante mucho tiempo, los biólogos se han preguntado si la historia de la vida en la Tierra pasaría lo mismo si golpeamos el botón “rebobinar” y empezamos de nuevo. Algunos argumentan el curso de la evolución es en gran medida predecible, pero otros dicen que es demasiado dependiente de los acontecimientos al azar para ser repetible.
Para explorar este tema, Marie-Julie Fave, biólogo de la Universidad de Montreal, en Canadá, se centró en las hormigas de Islas del Cielo de Arizona. Los insectos-Monomorium comenzaron emersoni-como una sola población, pero se separaron en cinco grupos principales cuando el desierto invadido en su hábitat. Para hacer frente al nuevo clima, reinas en todos los grupos perdieron sus alas. Volar reinas puede ir más allá de los voladores y aumentar significativamente el territorio de sus colonias. Pero el vuelo conlleva un alto riesgo de muerte-hormigas que flotan en la brisa son mucho más propensos a ser soplado en el desierto, donde van a morir. Cuando la tierra alrededor de las Islas del Cielo se volvió hacia el desierto, vuelo perdió su ventaja.
“Las Islas del Cielo son realmente un entorno fascinante”, dice Fave, quien condujo la investigación mientras que un estudiante de posgrado en la Universidad de McGill en Montreal. “Al cabo de media hora, se puede conducir desde el desierto a las montañas cuyos bosques se parecen a los de Quebec. Es un enorme desafío para estas hormigas a adaptarse a un gradiente ambiental tan dramático “.
Para saber cómo se adaptaron, los investigadores secuenciaron los genes de las cinco poblaciones. Encontraron una divergencia genética significativa entre las hormigas en los rangos del norte y sur de la montaña, lo que refleja su aislamiento histórico. Con esto como su línea de base, se dedicaron a examinar la base genética y de desarrollo para la pérdida del ala de las reinas de las cinco poblaciones.
Gracias a extensos estudios sobre el desarrollo del ala de mosca de la fruta, los investigadores estaban familiarizados con la red de genes que era probable que participen en el desarrollo del ala de las hormigas. El uso de anticuerpos, se pudieron ver en el laboratorio donde los genes candidatos se estaban expresados en ala discos de pequeñas bolsas de células que luego se convierten en alas de adultos de las hormigas. Se identificaron los patrones de expresión génica para las hormigas de los cinco poblaciones, y encontraron que algunos cambios se repitieron en cada grupo, mientras que otros eran únicas.
Por ejemplo, la expresión de un gen clave implicada en la diferenciación celular varió en cada una de las poblaciones. Otros cambios genéticos se repetían en cada grupo, presumiblemente debido a que hay un número limitado de maneras de hacer las reinas sin alas. Por ejemplo, cuatro genes implicados en el ala patrón todos tenían patrones modificados de manera similar de expresión. Este es el primer estudio en poblaciones salvajes para demostrar que la adaptación al cambio climático es un “mosaico” de los cambios genéticos aleatorios y predecibles, dice el autor principal Ehab Abouheif, un biólogo del desarrollo evolutivo de la Universidad McGill, en un artículo publicado hoy en línea en BMC Evolutionary Biología.
El hecho de que las cinco poblaciones evolucionaron adaptaciones similares sugiere que hay previsibilidad a la evolución, dice. Pero la aleatoriedad del cambio evolutivo es también evidente, porque las poblaciones de hormigas separadas están utilizando ligeramente diferentes mecanismos genéticos para llegar al mismo fin.
Abouheif dice que los resultados podrían tener profundas implicaciones para la comprensión de las bases genéticas y de desarrollo de la adaptación al cambio climático. Los modelos actuales que predicen las respuestas de los animales a cambio climático se centran en la demografía, migración y cambios en el tamaño de la población, pero no consideran cómo el cambio climático podría alterar el desarrollo de una especie, en particular su capacidad para dispersar.
Greg Wray, biólogo de la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte, que no participó en el estudio, dijo que los autores eran inteligentes de utilizar el desarrollo del ala en la fruta bien estudiado mosca de entender el desarrollo del ala de las hormigas voladoras menos bien entendidos . También señaló que la capacidad de los investigadores para estudiar cinco instancias del mismo experimento evolutivo en poblaciones silvestres es particularmente inusual. “Lo que hace que las Islas del Cielo tan interesante para este estudio en particular la posibilidad de que usted puede conseguir réplicas independientes”, o copias del mismo experimento evolutivo, dice.