¿Crees que la evolución es un proceso lento y gradual? Dile eso a las moscas de la fruta. En un nuevo informe en Science, investigadores de la Universidad de Pensilvania utilizaron un experimento de campo controlado para demostrar que las moscas se adaptaron rápidamente a las condiciones ambientales cambiantes con alteraciones en todo su genoma y en un conjunto de características físicas.
En el transcurso del experimento, que duró solo cuatro meses, los investigadores documentaron cambios en el 60% del genoma de las moscas. Con esta observación directa de la adaptación rápida y continua en respuesta al medio ambiente, un fenómeno conocido como seguimiento adaptativo, los biólogos han establecido un nuevo paradigma sobre cómo pensar sobre la escala de tiempo de la evolución.
“Era una idea interesante, pero parecía poco probable, hasta que la mostramos”, dice Paul Schmidt, profesor de biología en la Escuela de Artes y Ciencias de Penn y autor principal del artículo.
“Lo que hace que esto sea tan emocionante es la resolución temporal con la que estamos viendo procesos evolutivos en tiempo real”, dice Seth Rudman, coautor principal de la publicación que realizó el trabajo como becario postdoctoral en Penn y ahora es asistente de profesor de la Universidad Estatal de Washington.
Qué tan rapido
Hace tiempo que se sabe que la evolución puede progresar rápidamente en moscas de la fruta de vida corta y reproducción rápida. Pero exactamente qué tan rápido ha permanecido en duda, específicamente si múltiples rasgos podrían evolucionar juntos, continuamente, en respuesta a cambios ambientales a corto plazo.
En estudios anteriores en huertos del área de Filadelfia, Schmidt y sus colegas habían visto que las moscas de la fruta presentes al comienzo de la temporada de crecimiento eran bastante diferentes de las que zumbaban a fines del otoño en las medidas de tolerancia al estrés, aptitud reproductiva e incluso pigmentación. Pero esa investigación no pudo descartar la posibilidad de que nuevas moscas estuvieran ingresando a la población, causando los cambios dramáticos.
Para controlar más estrictamente las circunstancias de sus estudios, el equipo desarrolló un huerto experimental, ubicado en un terreno en Pennovation Works, a poca distancia del campus principal de Penn. Allí, varios recintos permiten a los miembros del laboratorio de Schmidt estudiar moscas en condiciones ambientales de la vida real (frío, calor, lluvia y todo) mientras evitan que las moscas entren o escapen. Por lo tanto, se sabe que los insectos en los recintos al final de un experimento son descendientes directos de los que se liberaron en el recinto al comienzo del estudio.
Comprobando la evolución
Los investigadores comenzaron la investigación actual liberando 1,000 moscas de la fruta Drosophila melanogaster en cada uno de los 10 recintos en julio de 2014. Luego, las moscas fueron alimentadas con las mismas dietas, pero por lo demás se las dejó solas. En el pico del experimento, cada población había crecido a aproximadamente 100.000 en número. Una vez al mes, el equipo extrajo moscas individuales y 2500 huevos de cada recinto, los crio por separado y luego los analizó en busca de seis características físicas diferentes que se sabe que se rigen por múltiples genes, como el éxito reproductivo y la tolerancia al frío.
Además, durante cada uno de esos controles mensuales, los investigadores seleccionaron al azar 100 moscas de la población de cada recinto y secuenciaron sus genomas como un grupo combinado. Al hacerlo, pudieron obtener una instantánea de las frecuencias alélicas cambiantes (las variaciones en diferentes puntos del genoma) a lo largo del tiempo. La evidencia de los datos físicos y del genoma fue clara: las moscas estaban evolucionando, adaptándose a su entorno, y lo estaban haciendo más rápido de lo que nadie había medido antes.
“Vemos que las poblaciones pueden rastrear las diferencias en el medio ambiente”, dice Schmidt. “Esta no fue una respuesta a un solo evento selectivo, como una sequía. Las poblaciones evolucionaron y cambiaron constantemente durante todo el experimento”.
Adaptación fluctuante
Debido a que las moscas tienen una vida corta, el período de tiempo de un puñado de semanas entre cada análisis se tradujo en una a cuatro generaciones de moscas, o aproximadamente diez generaciones en el transcurso de todo el experimento. Aun así, la magnitud de la adaptación fue inesperada, con más del 60% del genoma de las moscas evolucionando directa o indirectamente durante el experimento. Schmidt y Rudman señalan que esto no significa que la selección evolutiva esté actuando en más de la mitad del genoma: parte del ADN se arrastra cuando otras partes cambian en un proceso conocido como “borrador genético”. Pero lo que hizo que los hallazgos fueran particularmente convincentes fue que la dirección de la adaptación cambió varias veces, oscilando como un péndulo a medida que cambiaban las condiciones ambientales.
“Pensar que un rasgo podría evolucionar durante un cierto número de semanas y luego invertir la dirección el mes siguiente, fue muy sorprendente”, dice Rudman. “Esto pinta una imagen de que la adaptación y la selección son realmente dinámicas. La dirección de la selección natural está cambiando, los objetivos están cambiando y están cambiando muy rápido”.
Estudios previos, explican los investigadores, bien pueden haber subestimado la tasa de adaptación, porque solo estaban observando cambios genómicos entre dos puntos bastante distantes en el tiempo, digamos, A y B. Al observar repetidamente y con frecuencia a la misma población, este experimento fue diseñado para revelar lo que sucedió en el medio, una ruta sinuosa de adaptación de A a B a C y de regreso a B, fluctuaciones que de otro modo habrían sido invisibles. Aunque las moscas de la fruta se reproducen en una escala de tiempo mucho más comprimida que los humanos, los investigadores dicen que sus hallazgos tienen relevancia para las especies más longevas y de regeneración más lenta, como los humanos.
“Diría que estos procesos tienen lugar en muchos organismos diferentes, pero son más difíciles de medir en las escalas de tiempo apropiadas”, dice Schmidt. “Entonces, para las moscas de la fruta, las presiones para adaptarse podrían venir con las estaciones, pero para los humanos podría ser el cambio climático, la agricultura, la utilización de la leche como fuente de alimento. Esto podría ser un fenómeno general. La carga ahora recae sobre nosotros. para determinar la escala de tiempo en la que está ocurriendo”.
Rudman y Schmidt fueron coautores del artículo con Subhash Rajpurohit de Penn, Nicolas J. Betancourt y Jinjoo Hanna y Sharon I. Greenblum, Susanne Tilk, Tuya Yokoyama y Dmitri A. Petrov de la Universidad de Stanford. Rudman, Greenblum y Rajpurohit compartieron la primera autoría.
Fuente: Phys.org.
