En una nueva investigación, científicos de la Universidad Estatal de Arizona y sus colegas investigaron los cambios genéticos que ocurren en una población naturalmente aislada de la pulga de agua, Daphnia polyx. Estos diminutos crustáceos, apenas visibles a simple vista, desempeñan un papel crucial en los ecosistemas de agua dulce y proporcionan una ventana única a la selección y evolución natural.

Sus resultadosfue publicado en la edición actual de la revista procedimientos de la Academia Nacional de CienciasEste estudio se basa en una década de investigación. Utilizando técnicas genómicas avanzadas, el equipo de investigación analizó muestras de ADN de casi 1.000 dafnias.

Los investigadores han descubierto que la fuerza de la selección natural en genes individuales varía mucho de un año a otro, manteniendo la diversidad y mejorando la capacidad de adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes en el futuro al proporcionar la materia prima para que actúe la selección natural.

En ambientes aparentemente estables, hay grandes fluctuaciones en la frecuencia de variantes genéticas conocidas como alelos en regiones cromosómicas específicas a lo largo del tiempo, incluso si la fuerza general de selección permanece cercana a cero en promedio durante muchos años. Esto sugiere que dicha diversidad genética permite que las poblaciones sigan siendo adaptables a los cambios ambientales.

“Este estudio nos ha dado, por primera vez, una idea de los tipos de cambios temporales en las frecuencias genéticas que ocurren incluso en entornos aparentemente constantes, una especie de cambio constante en la diversidad genética distribuida por todo el genoma”, dice Michael Lynch, director autor del nuevo estudio.

Lynch es directora del Centro para el Biodiseño de Mecanismos Evolutivos y profesora en la Facultad de Ciencias de la Vida de la Universidad Estatal de Arizona. Otros investigadores del estudio incluyen colegas de la Universidad Estatal de Arizona, la Universidad Central de China y la Universidad de Notre Dame.

El poder de elección

La dafnia, una forma de zooplancton, ha sido de interés para los biólogos durante siglos debido a su papel fundamental en los ecosistemas acuáticos y su capacidad para adaptarse a las tensiones ambientales. Además de su valor en la investigación genética multigeneracional, las dafnias se utilizan ampliamente como organismos modelo para pruebas de toxicidad en agua dulce porque tienen un ciclo reproductivo asexual rápido y son sensibles a diversos contaminantes ambientales.

Estas pequeñas criaturas son una fuente vital de alimento para los peces y ayudan a reducir el crecimiento de algas. Su capacidad para adaptarse rápidamente a los cambios ambientales puede ayudar a comprender cómo otras especies, incluidas aquellas importantes para el suministro de alimentos humanos, responden a la contaminación, el cambio climático y otras tensiones inducidas por el hombre.

Se descubrió que la mayoría de los sitios examinados en el genoma de Daphnia experimentaron presiones selectivas cambiantes durante el período de estudio. En promedio, estas presiones tienden a equilibrarse de modo que tienen poco efecto en general, lo que significa que ninguna dirección de selección domina consistentemente a lo largo del tiempo. En cambio, las ventajas o desventajas genéticas de ciertos rasgos cambian de un período a otro.

Estos hallazgos desafían la creencia tradicional de que medir la diversidad genética (la gama de diferentes rasgos en una población) y la divergencia genética (diferencias entre poblaciones) puede mostrar fácilmente cómo la selección natural funciona de manera consistente. Pero el proceso de selección natural parece operar con mayor precisión y complejidad de lo que se pensaba anteriormente.

Repensar la diversidad genética

El estudio abre nuevos horizontes al determinar cuándo y dónde ocurren las presiones de selección dentro del genoma. Excepto por los rasgos que se sabe que están fuertemente influenciados por la selección natural, hay poca información sobre cómo cambian las frecuencias alélicas con el tiempo en las poblaciones naturales.

El análisis de varios años de todo el genoma de aproximadamente 1000 muestras genéticas de la población de Daphnia pulex muestra que la mayoría de los loci genómicos experimentan selección diferencial, con un efecto promedio cercano a cero, lo que sugiere una falta de presión selectiva constante en diferentes momentos y la dispersión de la selección a lo largo de los años. muchas regiones genómicas.

Estos resultados desafían la comprensión habitual de la diversidad y divergencia genética como indicadores de deriva genética aleatoria e intensidad de selección.

Diversidad y supervivencia

Los patrones de selección observados en diferentes loci genéticos proporcionan un mecanismo para mantener la diversidad genética, que es esencial para una rápida adaptación. El estudio también reveló que los genes situados cerca unos de otros en los cromosomas tienden a evolucionar de forma coordinada. Esta asociación permite heredar juntas combinaciones beneficiosas de variantes genéticas, lo que puede acelerar el proceso de adaptación.

Este efecto puede ayudar a explicar cómo las especies a veces se adaptan más rápidamente de lo que los científicos suelen esperar. Por otro lado, el mismo fenómeno puede provocar que alelos perjudiciales se transmitan a frecuencias más altas mediante alelos beneficiosos asociados, lo que reduce la eficiencia de selección general en algunos casos.

El estudio muestra que la evolución es más dinámica y compleja de lo que se pensaba anteriormente. El efecto del medio ambiente sobre los genes cambia con frecuencia, lo que puede ayudar a las especies a conservar la diversidad genética necesaria para adaptarse a condiciones futuras. Esta nueva comprensión puede llevar a los científicos a repensar cómo estudian la evolución en la naturaleza.

Aunque el estudio se centró en Daphnia pollex, los hallazgos pueden tener implicaciones para comprender cómo otras especies responden a los rápidos cambios ambientales, incluidos los causados ​​por actividades humanas, como la contaminación y el cambio climático. Evaluar la estabilidad de las frecuencias alélicas en entornos más estables es un primer paso importante. Estos estudios son cruciales porque los experimentos de laboratorio por sí solos no pueden replicar la complejidad de las influencias ambientales que afectan a las poblaciones silvestres.

Además, comprender cómo evolucionó Daphnia puede proporcionar información sobre la resiliencia de ecosistemas enteros. Este conocimiento puede ayudar a los investigadores a predecir y potencialmente mitigar los efectos de los cambios ambientales en la biodiversidad y las redes alimentarias.

Mientras el mundo se enfrenta a una crisis ambiental cada vez más acelerada, estudios como este proporcionan información crucial sobre la capacidad de la naturaleza para resistir y adaptarse. Al continuar estudiando estas diminutas criaturas, los científicos esperan comprender mejor los mecanismos básicos de la evolución y aplicar estas lecciones a esfuerzos ambientales y de conservación más amplios.