Tradicionalmente, la evolución se concibe como un proceso lineal en el que, dentro de una especie, prevalece la clásica idea de la “supervivencia del más apto”. Surgen nuevas mutaciones en el ADN que se transmiten de padres a hijos. Si alguna de estas modificaciones genéticas resulta beneficiosa, podría otorgar a la descendencia una ventaja para sobrevivir.
A lo largo de vastos periodos de tiempo –a través del lento cierre de un puente terrestre aquí o el surgimiento de una cordillera allá– las especies eventualmente se dividen. Continúan evolucionando lentamente, siguiendo sus propias trayectorias con sus propias mutaciones únicas. Este proceso, a lo largo de los últimos 3.500 millones de años, ha creado los millones de ramas del árbol evolutivo de la vida.
Sin embargo, los nuevos datos de secuenciación del genoma revelan un giro inesperado en esta larga historia evolutiva. Resulta que las fronteras entre las especies en sus propias ramas de este árbol son un poco más permeables de lo que se pensaba. En lugar de esperar a que surjan nuevas mutaciones para resolver un problema particular, la hibridación entre diferentes especies puede introducir ventajas genéticas ya existentes.
Desentrañando la historia de la vida, un genoma a la vez
Kevin Bennett
Como biólogo evolutivo, he estado estudiando las historias escritas en los genomas de los animales durante más de dos décadas. Me centro principalmente en coloridos pájaros cantores llamados reinitas, originarios de América del Norte, Central y del Sur. Hay aproximadamente 115 especies en total, y presentan una deslumbrante variedad de colores brillantes.
Algunas de estas aves pueden ser familiares para usted, como la brillante reina mora (Setophaga fusca), que ilumina las copas de los pinos en los bosques orientales de Estados Unidos y Canadá durante la primavera y el verano. Otras especies de reinitas pueden ser menos conocidas, como la reina cabecirroja (Cardellina versicolor), que vive solo en las tierras altas de Guatemala y el sur de México.
La historia de estas reinitas del Nuevo Mundo se escribió en los últimos 10 millones de años aproximadamente, un período relativamente reciente en términos evolutivos. En efecto, todas son “vecinas evolutivas”, ubicadas una al lado de la otra en las puntas de la corona del árbol de la vida. En el trabajo más reciente de mi equipo, liderado por el biólogo evolutivo Kevin Bennett, recopilamos una gran cantidad de datos de los genomas de las reinitas: más de 2 billones de pares de bases, de casi todas las especies de reinitas, para aprender más sobre su historia evolutiva.
Descubrimos que algunas especies han superado inesperadamente obstáculos evolutivos al compartir soluciones a problemas evolutivos. Ahora estamos aprendiendo a partir de estos datos que las especies no son solo silos evolutivos verticales, como solíamos pensar. En cambio, existe mucho más “diálogo” horizontal entre las ramas del árbol evolutivo.
Estas reinitas ahora se unen a las mariposas amazónicas, los peces cíclidos de África, así como a nuestra propia línea homínida, como ejemplos de este proceso de intercambio evolutivo.
Abigail Valine
¿Cómo ocurre el intercambio evolutivo?
El intercambio genético entre vecinos evolutivos ocurre a través de híbridos: la descendencia producida cuando individuos de dos especies se aparean. Los híbridos famosos incluyen la descendencia de osos polares y osos grizzly, cariñosamente llamados “osos pizzly”, así como las mulas, la descendencia de caballos y burros.
Pero a diferencia de las mulas, que son estériles y no pueden reproducirse, en los casos de híbridos naturales de reinitas, creemos que estas raras crías a veces pueden “retrocruzar”: se aparean con una de las especies parentales, transfiriendo finalmente genes a través de los límites de las especies. Estos híbridos son el conducto genético por el cual los genes se comparten entre las ramas del árbol evolutivo.
Pero, ¿no nos enseñan en clase de biología que las especies no pueden cruzarse con otras especies? ¿No es eso lo que ayuda a definir una especie?
En realidad, la biología siempre tiene sus excepciones y sus límites difusos. Y este es uno de ellos: las especies son el resultado de un proceso de especiación muy gradual, que normalmente tarda millones de años. Las categorías taxonómicas que los humanos nos gusta poner alrededor de las “especies” no suelen capturar las fronteras borrosas alrededor de los linajes en las primeras etapas de este largo proceso, cuando plantas y animales distintos pueden seguir cruzándose.
De hecho, mi laboratorio ha descrito muchos híbridos interespecíficos e intergéneros en reinitas, incluyendo al menos uno derivado de ambos. También hemos identificado “zonas híbridas” entre especies muy estrechamente relacionadas, donde la hibridación es rampante.
Y si los genes dentro de estos híbridos son beneficiosos para la especie receptora, se propagarán, al igual que una nueva mutación beneficiosa transmitida a la descendencia. En este caso, no se trata solo de una mutación única, sino que puede ser un conjunto completo de mutaciones en múltiples genes.
Marc Guitard/Moment via Getty Images
Genes compartidos resuelven “problemas evolutivos”
Nuestro trabajo más reciente con las reinitas muestra que las soluciones evolutivas que están compartiendo están relacionadas con su coloración.
En esta familia de aves, identificamos previamente genes relacionados con su coloración basada en carotenoides. Los pigmentos carotenoides dan a las aves sus brillantes plumas naranjas, amarillas y rojas, colores que ejemplifica la denominada reina amarilla. Pero las aves, como todos los vertebrados, no pueden sintetizar pigmentos carotenoides por sí mismas. Necesitan obtener carotenoides de su dieta y luego procesarlos químicamente.
Pero el procesamiento de carotenoides parece ser un obstáculo evolutivo que no todas las aves han superado y un problema bastante difícil de resolver. Nuestra secuenciación del genoma muestra que estas reinitas tienen más genes carotenoides compartidos que otros genes compartidos en su genoma, y es probable que diferentes versiones de los genes de procesamiento de carotenoides mejoren la aptitud de los receptores.
Un gen de procesamiento de carotenoides, denominado beta-caroteno oxigenasa 2, o BCO2, se ha compartido varias veces dentro de esta única familia de aves. Además, BCO2 parece ser tan popular que muestra un intercambio de segundo orden: pasando de una especie a otra y luego a una tercera.
Una señal de calidad en el circuito de apareamiento
Mis colegas y yo creemos que estos genes son tan populares porque los machos de reinitas utilizan estos colores carotenoides para atraer a las hembras que tienen un ojo exigente. Los machos obtienen carotenoides de los insectos que comen. La idea es que cuanto más colorido sea un macho, mayor será la calidad de su dieta.
Desde el otro lado del bosque, los ricos colores carotenoides de los machos están señalando que serían buenos padres con buenos genes. Los biólogos llaman a este tipo de exhibición una “señal honesta”. Y si los machos obtienen un nuevo gen que les permite procesar los carotenoides de manera más eficiente, es probable que se propague más rápido y más lejos en la especie, ya que los machos más brillantes tendrán potencialmente un mayor éxito en el apareamiento.
Nuestra investigación con las reinitas demuestra cómo la evolución puede barajar genes a través de las delgadas líneas entre las especies. Estos vecinos evolutivos cercanos a veces comparten ADN, incluidas mutaciones potencialmente beneficiosas, al aparearse a través de las líneas de especies definidas por los sistemas de clasificación humanos.
Sospechamos que cuanto más busquemos, más descubriremos este tipo de préstamos entre vecinos evolutivos. A medida que desentrañamos las historias contadas en los genomas de los solucionadores de problemas de la naturaleza, es probable que descubramos que sus hilos están profundamente entrelazados.
