Síntesis Informativa - In search of the causes of evolution

ECN | 10 diciembre 2018
Síntesis Informativa - In search of the causes of evolution

 

ECN | 10 diciembre 2018

In search of the causes of evolution | Los viernes de la evolución

 

  • El estudio de los pinzones en las pequeñas y deshabitadas islas que conforman el archipiélago de las Galápagos nos ha revelado las fuerzas naturales que causan la evolución: Peter Grant
  • Las especies no son estáticas, pueden cambiar en el espacio acústico y morfológico pero mantener su carácter distintivo: Rosemary Grant
  • Los Grant hacen un uso excepcional de las técnicas moleculares para ver la manera en la que los cambios evolutivos de los pinzones se pueden asociar con cambios en los genes, el genoma y el microbioma de las aves: Antonio Lazcano

El ciclo Los viernes de la evolución que ofrece El Colegio Nacional (ECN) el primer viernes de cada mes se despidió este 7 de diciembre con la conferencia In search of the causes of evolution (En busca de las causas de la evolución) impartida por los celebres científicos Peter y Rosemary Grant, de la Universidad de Princeton. Antonio Lazcano, quien coordina el ciclo junto al colegiado José Sarukhán, señaló “que pocas personas conocen tan bien las Galápagos como los Grant” y destacó su gran conocimiento de la biología natural de los organismos, sobretodo de las aves de las islas y, en especial, de los pinzones. “Los Grant conocen las especies, los fenotipos, los hábitos de apareamiento, los cantos… y a la vez hacen un uso excepcional de las técnicas moleculares para ver la manera en la que los cambios evolutivos de los pinzones se pueden asociar con cambios en los genes, el genoma y el microbioma de las aves”.

Peter Grant abrió la sesión con una plática centrada en el análisis de las causas de la biodiversidad, basándose en más de 40 años de investigación de los pinzones en las islas Galápagos junto con su esposa Rosemary Grant, con quien ha llevado a cabo un fructífero estudio de campo a largo plazo de 18 especies de pinzones que han evolucionado de un mismo ancestro común en los últimos dos millones de años.

“El estudio de los pinzones en las pequeñas y deshabitadas islas que conforman el archipiélago de las Galápagos nos ha revelado las fuerzas naturales que causan la evolución”, afirmó Peter Grant. Hace 45 años empezaron a realizar un estudio en la diminuta isla Daphne, ocupada por 4 especies de pinzones (Geospiza fuliginosaG. scandensG. fortisG. magnirostris), de los cuales observaron sobretodo sus conductas de alimentación.

Al ser las poblaciones relativamente pequeñas, la mayoría de los individuos, si no todos, podían ser capturados, medidos y genotipados. Además, durante sus años de estudio los Grant han visto ocurrir eventos naturales que han tenido un efecto definitivo en la evolución de estas aves.

El primer evento que los investigadores vieron afectar el suministro de alimentos fue una sequía que ocurrió en 1977. Las plantas se marchitaron y los pinzones crecieron hambrientos. “Los pinzones con picos más grandes podrían aprovechar fuentes de alimentos alternativos porque podrían abrir semillas más grandes, pero las aves de pico más pequeño no podían hacer esto, por lo que murieron de hambre”, detalló Grant. En 1978, los Grant volvieron a Daphne para documentar el efecto de la sequía en la próxima generación de pinzones. Midieron la descendencia y compararon el tamaño de su pico con el de las generaciones anteriores (pre-sequía) y descubrieron que los picos de los descendientes eran entre un 3 y un 4% más grandes que los de sus abuelos.

El segundo episodio tuvo lugar en 1983 e involucró el fenómeno meteorológico el Niño, por el que cayeron 8 meses seguidos de lluvia, lo cual obviamente afectó a la vegetación, alterando el tamaño y la composición de las semillas. De nuevo esto afectó a los picos de los pinzones, que volvieron a un tamaño más promedio.

En 2004 sucedió el tercer episodio de evolución; varias especies compitieron por comida y como resultado la población de la especie G. fortis, con el pico de tamaño medio, se redució drásticamente.

Así pues, de sus estudios han logrado obtener dos resultados principales: primero, que la selección natural ocurre cuando el ambiente cambia, y la comida escasea. Algunas veces esto ocurre por la competencia por alimentos con miembros de la misma especie, y otras veces con otras especies. El segundo resultado que obtuvieron Peter y Rosemary es que la dirección de la evolución de una especie está determina por otras especies. “Ambos requisitos son ingredientes centrales de la especiación”, concluyó Grant.

A continuación tomó la palabra Rosemary Grant para determinar las causas y consecuencias evolutivas de la mezcla de especies. La investigadora planteó los interrogantes de cuáles son las barreras de apareamiento ante las reproducciones entre especies y por qué esta barrera se filtra ocasionalmente, y planteó que “las diferencias en la morfología en asociación con la canción constituyen una barrera para el apareamiento”.

Las especies de aves cantan diferentes canciones y, como resultado, rara vez se reproducen entre sí. El canto es aprendido del padre durante un periodo receptivo entre el día 10 y 40, últimos días que los polluelos están en el nido. Una vez aprenden la canción, la retienen de por vida, aunque también es posible que, ante la ausencia del padre, aprendan la canción de otra especie, ya que las hembras no cantan. “Las especies no son estáticas, pueden cambiar en el espacio acústico y morfológico pero mantener su carácter distintivo”, aseveró la bióloga. Las explicaciones de la divergencia de las canciones generalmente invocan cambios morfológicos en el aparato productor de sonido, los cambios ambientales que influyen en las propiedades de transmisión de la canción, la evitación de la interferencia acústica con otras especies y los procesos aleatorios que incluyen errores de copia. 

Rosemary y Peter investigaron los cambios en las canciones de Geospiza fortis y G. scandens desde 1978 hasta 2010 en la misma isla Daphne, observando que la comunidad de pinzones cambió, aún cuando el hábitat no había cambiado significativamente a pesar de los episodios meteorológicos anteriormente mencionados. El congénero socialmente agresivo G. magnirostris, cantando en la misma banda de frecuencia (2–4 kHz), colonizó Daphne en 1983 y aumentó en número. Las características temporales de las canciones de G. fortis y G. scandens, especialmente la tasa de trino y la duración de la canción, se separaron de las canciones de G. magnirostris a medida que se volvían cada vez más comunes. “Los cambios no fueron una consecuencia pasiva de un cambio en la morfología del picosurgieron como un sesgo durante la producción de la canción” reveló Grant. Los hijos de G. fortis y G. scandens cantaron canciones más rápidas que sus respectivos padres y, por lo tanto, diferían más de G. magnirostris en sus canciones que en sus padres. La divergencia de un estímulo aversivo o confuso durante el aprendizaje ilustra un "cambio de pico" que puede ser una característica común de la evolución y la especiación de la canción.

La investigadora explicó que G. fortis y G. scandens sí convergieron genéticamente al ser más parecidos de tamaño, evolucionando a través de la hibridación introgresiva, es decir, el intercambio de genes, sufriendo cambios en la forma de sus picos como resultado. Grant finalizó compartiendo el estudio que realizó junto a Peter de la aparición de un nuevo linaje surgido del apareamiento entre un G. conirostris y un G. fortis. “El mosaico genómico derivado de la hibridación de dos especies genera novedades fenotípicas que se estarían seleccionando en un nuevo entorno”, concluyó la bióloga.

Puede consultar la actividad completa en el canal de YouTube de El Colegio Nacional: https://www.youtube.com/watch?v=FXWDO4YIeoA