Este artículo apareció originalmente en CON prensa. Este artículo está adaptado del libro de Jeffrey McKinnon “Nuestros lagos ancestrales.“
Si se echa un vistazo a cualquier evento social, resulta obvio que las personas, como todos los seres vivos, varían en casi cualquier rasgo que se pueda ver o medir. Y con nuestra nueva capacidad de secuenciar genomas completos de miles de especies, estamos aprendiendo que en nuestro ADN se esconde aún más variación. Descubrir cómo persiste toda esta variación ha sido uno de los grandes desafíos de la biología evolutiva.
Por eso es refrescante e incluso sorprendente que en una época de secuenciación automatizada de ADN e inteligencia artificial, se han logrado avances importantes en este problema de larga data gracias a cuidadosos estudios de campo de un pez peculiar de un antiguo lago remoto.
Nuestra historia comienza en 1954, a orillas del lago Tanganica en el entonces Congo Belga, con un poco de papel sobre dietas para peces titulado “Un curioso ‘nicho’ ecológico entre los peces del lago Tanganica”.
Los autores, los biólogos Georges Marlier y Narcisse Leleup, describen una especie de pez cíclido poco estudiada. Según sus hallazgos, los adultos subsisten principalmente de las escamas de otros peces, que arrancan a sus presas vivas con temibles dientes. Marlier y Leleup señalan que los individuos que mantuvieron en un acuario no comían “lombrices de tierra, polvo de pescado o insectos” ni cualquier otra cosa que les presentaran excepto las escamas de peces vivos.
Unas décadas más tarde, en uno de los primeros estudios que analizó detenidamente la evolución de esta y varias especies relacionadas, el eminente biólogo de peces de Harvard Karel Liem y su coautor Donald Stewart investigaron la mecánica de cómo estos peces evolucionaron para alimentarse de escamas, con especial atención en sus mandíbulas y dientes. Describieron una nueva especie con una lateralidad notablemente extrema (una torsión particularmente fuerte de la cabeza hacia el lado izquierdo o hacia la derecha) y propusieron que la asimetría en la forma de los cráneos de estos peces estaba asociada con sus dietas macabras, lo que probablemente proporcionaba una ventaja en la alimentación. También notaron que había un número similar de individuos con torsión de derechas e izquierdas.
El trabajo de laboratorio proporcionó importantes conocimientos, pero fue un estudio de campo a largo plazo, que apareció en 1993 en Ciencia y dirigido por Michio Hori, que comenzó a explicar la persistencia de la lateralidad de la boca izquierda y derecha en los comedores de escamas de Tanganica. Durante casi una década, presenté el trabajo descrito en este artículo cada vez que impartí un curso sobre evolución a estudiantes universitarios de biología. Es literalmente un estudio de libro de texto.
Cuando Michio Hori remolcaba un pez presa detrás de un barco y capturaba devoradores de escamas salvajes después de que lo golpeaban, los individuos que atacaban por la derecha siempre tenían la boca torcida hacia la izquierda.
Hori descubrió que su animal de estudio, Perissodus microlepis, normalmente ataca golpeando al pez presa en el costado del cuerpo, acercándose desde atrás para ser menos visible. Cuando remolcó un pez presa detrás de un bote y capturó comedores de escamas salvajes después de que lo golpearan, los individuos que atacaban desde la derecha siempre tenían una boca torcida hacia la izquierda, mientras que los individuos que atacaban desde la izquierda siempre tenían una boca torcida hacia la derecha. También pudo identificar escalas, desde Perissodus estómagos, que provienen del lado izquierdo o derecho de la presa según sus patrones de poros. Al igual que con las observaciones de impactos, los peces con bocas torcidas hacia la derecha habían comido escamas del lado izquierdo de sus presas y los comedores de escamas torcidas hacia la izquierda habían comido escamas del lado derecho.
Pero ¿por qué la población de comedores de escamas debería mostrar una variación tan excepcional, con la boca de algunos individuos torcida visiblemente hacia la derecha y otros hacia la izquierda?
La respuesta de Hori—dependencia de la frecuencia—y las pruebas que recopiló para respaldarlo son la razón por la que el artículo atrajo una atención duradera. La dependencia de la frecuencia ocurre cuando rasgos o estrategias poco comunes tienen más éxito que los comunes. Es un principio muy bien ilustrado a través del deporte.
Cuando hay contiendas directas entre individuos, un combatiente/competidor puede obtener una ventaja al tener una estrategia que no es familiar para los oponentes. Por ejemplo, los esgrimistas zurdos, que generalmente son menos comunes, estarán familiarizados con los ataques y defensas de los oponentes diestros, ya que los diestros se encuentran con frecuencia. Pero los diestros tendrán menos experiencia con los zurdos, lo que les dará una ventaja a los raros zurdos. En consecuencia, los zurdos tienen una mayor frecuencia entre los esgrimistas competitivos que en la población general. Lo mismo ocurre con el cricket, el béisbol, el tenis de mesa y las artes marciales. En estos deportes altamente interactivos (y otros), tener la lateralidad menos común (ser zurdo) es una ventaja. El éxito depende de la frecuencia, negativamente para ser precisos: a medida que la frecuencia aumenta, el éxito disminuye y a medida que la frecuencia disminuye, el éxito aumenta.
Hori planteó la hipótesis de que los comedores de escamas son un poco como esgrimistas. Si los devoradores de escamas siempre atacaran desde un lado, digamos el derecho, sus presas sólo tendrían que protegerse contra ataques predecibles desde una única dirección y probablemente podrían hacerlo de manera efectiva. Cualquier devorador de escamas poco común que muerda desde la izquierda debería hacerlo particularmente bien en esta situación, contra presas desprevenidas. Por supuesto, a medida que los zurdos se vuelven más comunes, la presa debería desviar su atención en consecuencia. Por lo tanto, la situación debería conducir a una dependencia de la frecuencia y a la presencia persistente de devoradores de escamas tanto de izquierda como de derecha en la población, en algo cercano al cincuenta por ciento.
Hori pudo probar la dependencia de la frecuencia aprovechando los altibajos naturales en la abundancia relativa de peces con la boca torcida hacia la derecha o hacia la izquierda. Aproximadamente cada dos años y medio, la población pasó de peces predominantemente zurdos a peces con bocas torcidas hacia la derecha. Al observar las cicatrices en los costados de los peces de presa, Hori pudo estimar el éxito relativo de la transformación que era menos común. Encontró que, como era de esperar, cualquier tipo de torsión que fuera menos abundante dejaba más cicatrices y lograba mordidas más exitosas, con tasas de éxito que cambiaban cuando la frecuencia de la rara morfología aumentaba y se convertía en la variedad abundante.
Hori también infirió la base genética de la lateralidad de la boca a partir de su trabajo de campo, sugiriendo que un solo gen con dos variantes genéticas podría explicar gran parte de la variación en la dirección de la torsión, siendo la torsión derecha dominante. estudios de seguimiento en otros laboratorios han proporcionado evidencia adicional de que la lateralidad es hereditaria hasta cierto punto, pero no necesariamente a través de un solo gen para la forma de la cabeza. Por el contrario, la hipótesis de la dependencia de la frecuencia ha sido apoyada inequívocamente por un estudio audaz tan elegantemente diseñado como logísticamente difícil.
En 2018, investigadores de la Universidad de Basilea llevaron a cabo uno de los pocos experimentos de campo de manipulación que se han llevado a cabo con un cíclido de los Grandes Lagos africanos. Colocaron una serie de recintos submarinos a entre seis y nueve metros de profundidad en el fondo del lago Tanganica. Cada recinto estaba repleto de peces de presa y cíclidos devoradores de escamas, ya fueran zurdos, todos de derechas o una mezcla al cincuenta por ciento de los dos, pero siempre el mismo número total de presas y comedores de escamas.
Con ataques provenientes predeciblemente de un lado, esperaban que la presa en recintos con giros hacia la izquierda o hacia la derecha sería capaz de evitar a los devoradores de escamas mejor que con una mezcla de giros hacia la derecha y hacia la izquierda. Perissodus. Por la misma lógica, el Perissodus Los comedores de escamas experimentarían el mayor éxito alimentario en el grupo mixto, y este fue efectivamente el caso. Al final del experimento de tres días, los peces presa alojados con una mezcla de comedores de escamas zurdos y derechistas habían perdido más escamas en promedio, y los comedores de escamas tenían más probabilidades de tener escamas en sus tractos digestivos.
Para los miles de entusiastas de los cíclidos esparcidos por todos los continentes excepto la Antártida, estos hallazgos son intrigantes simplemente porque revelan un poco más sobre las complejidades de la vida de estos amados peces. Pero el trabajo tiene un interés y consecuencias mucho más amplios.
Primero, las radiaciones (término de la biología evolutiva para las diversificaciones) de cíclido Los peces en los Grandes Lagos de Tanganica, Malawi y Victoria en África son las radiaciones adaptativas más extraordinarias de cualquier vertebrado y también una prioridad de conservación apremiante. En cada lago, uno o muy pocos ancestros se han diversificado rápidamente para producir aproximadamente 240 (Tanganica) a 850 (Malawi) nuevas especies. Victoria, la más joven, es la más destacable porque se secó casi por completo, dejando poco más que pantanos, hace unos 20.000 años. Desde que se rellenó, unos miles de años después, aproximadamente 500 especies de cíclidos han evolucionado en ese mismo lago. Estas especies hicieron uso de una variación genética antigua que persistió principalmente en pequeños grupos de habitantes de los pantanos, así como en peces del cercano valle del rift occidental, que se hibridaron o se cruzaron para dar lugar a la radiación adaptativa actual.
Dadas las extinciones de cíclidos existentes y las numerosas presiones causadas por el hombre sobre estos lagos, estos conocimientos son cruciales para la conservación.
La importancia de hibridación La presencia de estas radiaciones es uno de los resultados sorprendentes que surgen de los lagos africanos y de los estudios de otros sistemas lacustres antiguos, pero también lo es la importancia de la “variación genética permanente” dentro de las poblaciones y especies. Por tanto, comprender los procesos que mantienen la variación genética dentro de una especie, como la dependencia de la frecuencia, también es esencial para comprender cómo se han producido las diversificaciones más rápidas en cualquier vertebrado. Dado que ya ha habido muchos cíclidos extinciones en uno de los lagos, Victoria, y todos ellos están experimentando un desagradable brebaje causado por el hombre. destacaestos conocimientos probablemente también serán importantes para la conservación.
Descubrir e investigar los procesos responsables de la notable variación que estamos viendo a medida que secuenciamos cada vez más genomas también es importante para la salud humana. Una razón clave por la que los trasplantes de órganos, por ejemplo, son notoriamente difíciles es por los genes de histocompatibilidad altamente variables que nuestro sistema inmunológico utiliza para reconocer amenazas potenciales. Estos han evolucionado a través coevolutivo procesos, muy parecido al tango evolutivo de los devoradores de escamas y sus presas. Excepto que en este caso, es entre nosotros (los anfitriones) y los parásitos que nos plagan.
Por lo tanto, nuestros destinos están vinculados a los de otras criaturas no sólo a través de nuestras numerosas conexiones ecológicas, sino también por los procesos evolutivos que dan forma al mundo natural e impactan nuestras vidas de las maneras más profundas: procesos que median tanto las frecuencias de los cíclidos devoradores de escamas como y si un riñón trasplantado servirá a su nuevo receptor sólo durante unas pocas semanas difíciles o durante muchos años saludables.
Jeffrey McKinnon es profesor de biología en la Universidad de East Carolina. Su investigación lo ha llevado a todos los continentes excepto la Antártida y ha aparecido en revistas como Nature y American Naturalist. Es el autor de “Nuestros lagos antiguos: una historia natural”, del cual se ha adaptado este artículo.