Cuando el mundo se deteriora, algunas plantas hacen algo asombroso. No pueden huir ni esconderse, ni tampoco pueden hacer mucho para cambiar su ecosistema. En cambio, se copian a sí mismas.
No hablamos de un gen aislado; hablamos de la duplicación de todo el genoma. Un nuevo y exhaustivo análisis de 470 genomas de plantas con flores sugiere que la duplicación del genoma completo puede funcionar como una apuesta evolutiva. La mayoría de las veces, fracasa. Pero durante las crisis globales, cuando la vida en la Tierra está realmente en peligro, estas plantas parecen haber tenido una ventaja para sobrevivir.
Una estrategia arriesgada
Muchas plantas son poliploides, lo que significa que tienen más de dos conjuntos de cromosomas. En algunos casos, generan copias adicionales de todo su genoma. Aunque parezca extraño, no es una estrategia poco común.
“Los poliploides están por todas partes”, dijo Yves Van de Peer, uno de los autores principales del estudio. “Muchos de nuestros cultivos son poliploides y si uno va al campo y recoge una planta o una flor, hay un 35% de probabilidades —algunos dicen que incluso más— de que haya recogido una planta poliploide”.
El trigo, el algodón y las patatas son poliploides. Algunas fresas también lo son. Sin embargo, a pesar de lo común que es esto, no parece ser una estrategia eficiente a largo plazo.
“Si analizamos los genomas de diferentes linajes de plantas, vemos muy poca evidencia de duplicaciones de genomas completos que hayan sobrevivido a largo plazo”, dijo el investigador a ZME Science.
Esta estrategia no parece funcionar a largo plazo, excepto cuando las cosas se ponen realmente desesperadas.
“La duplicación del genoma completo es (a largo plazo, y esto es importante) un callejón sin salida evolutivo”, afirmó Van de Peer. “Aunque a veces sobreviven. Pero, como demostramos en el artículo, sólo cuando ocurren durante épocas de trastornos ambientales o de extinción. Sólo entonces las ventajas de ser poliploide superan los inconvenientes”.
Duplicando
Los investigadores analizaron 470 genomas de plantas con flores, datando 132 eventos antiguos de duplicación del genoma completo. Descubrieron que estos eventos de duplicación no estaban dispersos al azar a lo largo del tiempo.
En cambio, se agruparon en torno a algunos de los capítulos más turbulentos de la historia reciente de la Tierra: la extinción del Cretácico-Paleógeno (la extinción de los dinosaurios), el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (cuando la Tierra estaba abrasadora) o la Transición del Eoceno-Oligoceno (otra extinción importante).
Este hallazgo ofrece una nueva perspectiva sobre la poliploidía. Generalmente, duplicar un genoma puede ser una carga. Pero durante una crisis ambiental, puede convertirse en una tabla de salvación.
Duplicar el genoma puede causar problemas. Las células pueden crecer de forma diferente y la reproducción puede verse afectada. Los poliploides pueden tener una fertilidad reducida y el genoma mismo puede desestabilizarse. Pero durante la inestabilidad, la situación cambia. Un genoma duplicado proporciona a la evolución más materia prima con la que trabajar. Las copias adicionales de genes pueden actuar como respaldo, haciendo que las plantas sean más tolerantes a mutaciones dañinas y choques repentinos como la sequía, el frío, el calor, la salinidad, la oscuridad o la alteración de los ecosistemas. Algunos genes duplicados pueden seguir desempeñando sus funciones anteriores, mientras que otros desarrollan nuevas funciones o respuestas más fuertes al estrés.
“Es importante tener en cuenta que la duplicación genómica completa es un proceso continuo que ocurre constantemente. Pero cuando coincide con períodos de trastornos ambientales, estos pueden marcar la diferencia y los poliploides pueden superar a los diploides”, declaró Van de Peer a ZME Science.
El estudio es prudente. No pretende haber descubierto el mecanismo exacto, pero presenta una hipótesis muy plausible que parece ajustarse a los datos.
¿La duplicación del genoma ayudó a las plantas a sobrevivir a la extinción de los dinosaurios?
La duplicación del genoma completo ocurre principalmente en plantas, pero también puede suceder en animales, como insectos, arañas, anfibios y peces. Incluso se han registrado dos duplicaciones del genoma completo en el ancestro de los vertebrados, afirma Van de Peer. “Si se analiza el genoma de los vertebrados, incluidos los humanos, se observan vestigios de duplicaciones del genoma completo de hace unos 500 millones de años”.
Pero los mamíferos y las aves (y las aves son dinosaurios vivientes) no parecen tolerar este tipo de duplicación del genoma de la misma manera que las plantas. La explicación más probable de Van de Peer son los cromosomas sexuales. La duplicación de los sistemas de cromosomas sexuales puede alterar el desarrollo de forma tan grave que el resultado es inviable. Le preguntamos a Van de Peer si la duplicación del genoma ayudó a las plantas a sobrevivir al cataclismo desatado por el asteroide que provocó su destrucción.
“Es difícil decirlo”, señaló el investigador. “Pero se ha demostrado que la duplicación del genoma completo aumenta la resistencia al estrés. Tener genes adicionales conlleva una mayor robustez mutacional”.
Luego, planteó una posibilidad interesante. Tras el impacto del asteroide, el polvo y los aerosoles podrían haber atenuado la luz solar. La fotosíntesis se habría vuelto más difícil y, en ese entorno sombrío, una planta con una fisiología alterada podría haber tenido ventaja.
“Las plantas poliploides podrían ser mejores en la fotosíntesis”, dijo Van de Peer. “Así que, tras el impacto del meteorito, es posible imaginar que una planta poliploide aún podría captar la poca luz disponible, mientras que las diploides no”.
Esperanzas climáticas
El estudio también podría contener una lección importante para nuestros días. Si los poliploides antiguos tenían más probabilidades de establecerse durante las crisis climáticas extremas, entonces la crisis climática actual podría inclinar nuevamente la evolución hacia organismos con genoma duplicado. Los autores vinculan explícitamente sus hallazgos con el cambio climático contemporáneo y el rápido calentamiento global.
Van de Peer va más allá: la naturaleza podría seleccionar más organismos poliploides que no poliploides porque, al parecer, así lo ha hecho antes. Los autores denominan a los poliploides “monstruos esperanzadores”, tomando prestada una antigua expresión evolutiva para referirse a organismos que parecen mal adaptados en condiciones normales, pero que pueden prosperar cuando estas cambian.
“En épocas de condiciones ambientales adversas, los organismos poliploides parecen tener mayores probabilidades de supervivencia”, concluye el investigador.
Referencia de la revista: Cell, Chen et al., “El auge de los poliploides durante la agitación ambiental” https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00397-1
Fuente: ZME Science.
