Este artículo apareció originalmente en La conversación.
Los impactos humanos en los ecosistemas globales pueden ser graves, generalizados e irreversibles. Pero la vida en la Tierra ha evolucionado para enfrentar los desafíos ambientales durante 3.500 millones de años: ¿podrían estas mismas fuerzas evolutivas ayudar a que la vida en la Tierra persista en entornos alterados por humanos?
Nuestra última investigación encuentra que la evolución parece imparable durante una invasión biológica, pero de repente se detiene después de un siglo de rápida adaptación. Comprender por qué sucede esto podría ser clave para gestionar la biodiversidad durante el próximo siglo.
Frente a los desafíos ambientales, la selección natural puede ser una fuerza poderosa para el cambio evolutivo en las escalas de tiempo contemporáneas. Los pinzones de Galápagos evolucionan en diferentes tamaños de pico para alimentarse de fuentes cambiantes de semillas, el bacalao sobreexplotado está madurando antes y las plantas de salicaria púrpura florecen antes en respuesta a temporadas de crecimiento más cortas en el norte de Ontario. Pero la evolución tiene límites.
Restricciones evolutivas
Durante casi 20 años, he estudiado cómo algunas especies invaden y prosperan en nuevos entornos. En la Universidad de Queen, sigo trabajar con estudiantes y colaboradores para estudiar la evolución rápida en la naturaleza.
Un tema emergente de este trabajo es la interacción entre la selección natural y la restricción evolutiva.
La adaptación a nuevos entornos requiere nuevas variantes genéticas. La selección natural puede promover genes que mejoren la supervivencia y la reproducción. Pero sin nuevas variantes, la evolución adaptativa se estancará.
Las restricciones son la razón por la que las especies relacionadas comparten rasgos comunes, y la razón por la que centauros, sirenas y dragones existen solo en la mitología: ningún gen produce pezuñas o colas de pez en los humanos, ni alas en los grandes reptiles. Al limitar las opciones disponibles para la selección natural, las restricciones evolutivas son la causa última de la extinción.
Como contrapeso a la selección natural, es sorprendente que las restricciones evolutivas no se estudien tan intensamente. Pero hay herramientas experimentales para esto.
Estudios de jardines comunes
El experimento del jardín común fue introducido hace 100 años pero todavia sigue siendo el estándar de oro para estudiar la base genética de la evolución rápida.
Se trata de hacer crecer individuos genéticamente relacionados en un ambiente uniforme para observar las diferencias genéticas en el crecimiento y desarrollo. En nuestro laboratorio, los experimentos de jardín comunes con salicaria púrpura revelan una delicada danza entre la selección natural y la restricción evolutiva.
salicaria púrpura, o Lythrum saliciariaes conocido por sus atractivas flores de color rosa púrpura en los humedales invadidos a lo largo Canadá y Estados Unidos. A lo largo de 150 años, esta especie se extendió desde Maryland hasta el norte de Labrador y Saskatchewan, y al sur hasta el Golfo de México y el sur de California.
La salicaria púrpura, como otras plantas, tiene recursos finitos para invertir en crecimiento o reproducción. Algunos genes producen plantas más grandes, otros hacen plantas que florecen antes. Pero ningún gen hace ambas cosas. Esto representa una restricción genética para florecer antes o crecer más para recolectar más recursos.
Las plantas con más recursos son más competitivas y pueden producir más flores. Pero los recursos adicionales se desperdician si las flores se producen demasiado tarde en la temporada, cuando las temperaturas son demasiado frías para los polinizadores y el desarrollo de semillas para garantizar la transmisión de genes para un mayor crecimiento. Este delicado equilibrio produce un tiempo de floración óptimo que rastrea los cambios en la duración de la temporada de crecimiento.
Propagación rápida
Entonces, ¿cómo la selección natural y la restricción evolutiva dieron forma al tiempo de floración de la salicaria púrpura a medida que se extendía por América del Norte? No podemos viajar en el tiempo, pero las colecciones de historia natural brindan una conexión tangible con el pasado.
Los especímenes secos de salicaria púrpura se almacenan en el herbario Fowler de la Universidad de Queen y en docenas de otras colecciones de herbarios en América del Norte. Con cada espécimen cuidadosamente conservado se registra el lugar y la fecha de recolección.
Usando registros meteorológicos históricosreconstruimos las condiciones de crecimiento locales de cada espécimen para predecir computacionalmente cómo se vería cada planta si creciera en condiciones de crecimiento uniformes: un jardín común virtual.
Ya no limitados por colecciones de semillas viables, usaríamos el jardín común virtual para reconstruir 150 años de evolución en América del Norte.
Los resultados son sorprendentes. La floración temprana evoluciona repetidamente en respuesta a temporadas de crecimiento más cortas en América del Norte. Pero después de aproximadamente un siglo, la tasa de evolución parece estancarse, limitada por una compensación entre el tiempo de floración y el tamaño. Este tipo de estasis evolutiva también se observa en el registro fósil durante escalas de tiempo mucho más largas. Parece ser una característica común de la evolución.
Las restricciones son una buena razón para ser escépticos de que la evolución salvará a las especies de la extinción en entornos estresantes. Pero las limitaciones también hacen que la evolución sea más predecible, al menos en las escalas de tiempo más cortas más relevantes para la civilización humana.
Y esto es solo el comienzo: una sola especie entre millones. ¿Cómo se manifiesta el equilibrio entre la selección natural y la restricción en otras especies invasoras o en especies en peligro de extinción? Las colecciones de historia natural nos ayudan a comprender el pasado, a hacer predicciones sobre nuestro futuro. Es hora de que reciban la atención que se merecen.
Robert I Colautti es Profesor Asistente de Biología y Cátedra de Investigación de Canadá (Nivel II) en Rapid Evolution, Queen’s University, Ontario. Declaración de divulgación: Robert I Colautti recibe fondos de la Universidad de Queen, el Gobierno de Ontario y tres agencias de subvenciones federales: NSERC, SSHRC y CIHR.