NeoFronteras

Evolución rápida en grillos hawaianos

Área: Biología — sábado, 31 de mayo de 2014

En sólo veinte generaciones dos grupos independientes de grillos han convergido evolutivamente para no cantar y así evitar a una mosca parásita.

Foto

La evolución, como la gravedad, es un hecho, un fenómeno que simplemente se da en el mundo natural. El ser humano elabora teorías que tratan de explicar ese fenómeno, al igual que elabora otras para explicar la gravedad.
Pero, independientemente de la teoría elegida, si uno se lanza desde un rascacielos que no espere que la gravedad se detenga porque no cree en ella.
Obviamente uno no puede observar una grupo de lagartos y esperar que en un rato evolucionen hasta ser dinosaurios y luego aves. La razón es que las generaciones en vertebrados se suceden al cabo de demasiado tiempo, pues los individuos no evolucionan, evolucionan las especies. Es el éxito reproductor bajo una presión de selección lo que condiciona la evolución.
Por esta razón de la sucesión generacional los múltiples ejemplos de evolución que se suelen aportar son de animales “inferiores”, como los insectos o de microorganismos. Pero hay muchos ejemplos, como las famosas polillas en el Londres contaminado o la aparición de la resistencia a los antibióticos en las enfermedades humanas que pronto devolverá el pronóstico de nuestras infecciones al siglo XIX.
El último ejemplo que se ha encontrado al respecto de evolución rápida a la vista del ser humano es sobre una especie de grillo que vive en Hawai. Dos grupos de estos animales han perdido su canto en sólo 20 generaciones de manera independiente debido a la aparición de un parásito. Además de constituir un ejemplo de evolución rápida, también lo es de evolución convergente.
Los grillos macho de esta especie (Teleogryllus oceanicus) producen el sonido al igual que otras a través del frotamiento de las alas entre sí. Las alas tiene unas estructuras que al ser frotadas generan un sonido de manera similar al pasar la uña por las púas de un peine.
Como curiosidad recordemos que se ha podido determinar que la frecuencia del canto de los grillo depende de la temperatura ambiente y es mayor cuanto más alta es la temperatura. De este modo se puede saber la temperatura ambiente si se cuentan los “cric” por minuto de los grillos locales si previamente se tiene una escala calibrada para la especie local.
El motivo de estos cánticos es el atraer a las hembras y conseguir así reproducirse. Aquel grillo que cante menos intensamente tendrá menos posibilidades de aparearse y de transmitir sus genes, genes que también determinan la anatomía de las alas y su capacidad de producir sonido. De este modo, el canto de los grillos está favorecido por la presión de selección al favorecer el éxito reproductivo. Bajo esta perspectiva, no hace falta que el grillo que cante poco muera para ser filtrado por la selección natural, sino que basta con que no se reproduzca.
Los grillos macho de Hawai tienen un problema. Además de intentar atraer a las hembras también atraen a una mosca parásita (Ormia ochracea), insecto que ha evolucionado para guiarse por este ruido de los grillos y así tener la oportunidad de poner un huevo dentro de ellos. Una vez que eclosiona, la larva se va alimentando del grillo y lo mata al salir al cabo de una semana aproximadamente.
Ambas especies son especies invasoras que llegaron a la isla en el pasado siglo, los grillo de Oceanía y la mosca de Norteamérica. Por tanto no habían estado en contacto previamente.
La presión de selección ejercida por las moscas es al parecer superior a la que determina el canto (si uno se muere ya no se puede reproducir), así que algunas poblaciones de grillos de Hawai han evolucionado para cambiar al forma de las alas y así ser incapaces de producir ruido que atraiga a las moscas. Esto es algo que se ha dado en sólo 20 generaciones. La mutación que se ha propagado tan rápidamente elimina casi todas las estructuras de las alas.
En 2003 Marlene Zuk (University of California Riverside) y sus colaboradores encontraron que el 95% de los grillos macho de Kawai ya no podían cantar.
Quizás lo más interesante fue que en 2005 a los machos de los grillo de Oahu, una isla a 100 km de Kawai también les empezó a pasar lo mismo. Ahora Nathan Bailey (University of St Andrews) y sus colaboradores han encontrado que la mitad de los grillos de Oahu ya no producen sonido.
En un principio Bailey pensó que el nuevo caso se podía deber a que algún grillo de la primera población emigró a la segunda y pasó la mutación con éxito a las siguientes generaciones de grillos locales. Pero resultó que las mutaciones eran distintas y que la mutación de Oahu conseguía eliminar menos estructuras en las alas que la de Kawai. Esta diferencia en las alas se podía distinguir a simple vista.
El análisis de los genomas de estos grillos determinó que los marcadores genéticos del aplanamiento de las alas eran diferentes en las dos poblaciones y que las porciones mutadas eran, por consiguiente, distintas.
El resultado sugiere que las mutaciones necesarias para el aplanamiento de las alas aparecieron de manera independiente para solucionar un mismo problema en ambas islas. Esto constituye, por tanto, un ejemplo de convergencia evolutiva.
Además, como hemos visto, esta convergencia evolutiva que se ve en la superficie ha aparecido por diferentes vías, por lo que el genoma puede dar con soluciones evolutivas similares usando distintos grupos de genes.
La pregunta es cómo se puede producir el apareamiento sin el reclamo del macho. Según indican los experimentos de campo, los grillos macho “mudos” actúan cómo satélites y permanecen alrededor de los machos cantores que quedan. Las hembras, al parecer, no tienen inconveniente en aparearse con los machos mudos una vez entran en contacto con ellos, a diferencia de lo que ocurre en otras especies.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4443

Fuentes y referencias:

Artículo original I.
Artículo original II.
Foto: Nathan Bailey.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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20 Comentarios

  1. Klamidad:

    Buen artículo, me gusta que se separe el hecho, la evolución de las especies, de la teoría que intenta explicarlo pues mucha gente confunde las dos cosas y cree que encontrando fallos a la teoría niegan el hecho.
    Comentar un par de cositas. En uno de los párrafos dice “así que algunos grillos de Hawai han evolucionado”, esta frase conlleva a error pues induce a creer que los grillos han modificado su cuerpo para sobrevivir, como bien dice el artículo lo que evolucionan son las especies no los individuos.
    La segunda es pedir una aclaración, da la impresión de que las dos evoluciones se producen por mutaciones posteriores a presión de la mosca, pero también es posible que la mutación ya existiese aunque en decaimiento pero la incidencia de la mosca le haya dado valor. ¿Se sabe cual de los dos casos es?
    Gracias y un saludo.

  2. daniel:

    Estoy en desacuerdo con el comentario de Klamidad, aunque tampoco estoy de acuerdo con la frase: “algunas poblaciones de grillos de Hawai han evolucionado para cambiar al forma de las alas y así ser incapaces de producir ruido que atraiga a las moscas”. Lo correcto desde mi punto de vista sería decir:”algunas poblaciones de grillos de Hawai han evolucionado cambiando la forma de las alas de forma que son incapaces de producir ruido que atraiga a las moscas.”
    No veo incorrecto decir que “las poblaciones de grillos han evolucionado”, lo que sí veo incorrecto es decir “para cambiar .. y así” como si se hubiera hecho con un propósito. Decir que las poblaciones han evolucionado es correcto, ya hoy en día las especies se entienden como poblaciones de genes.

  3. NeoFronteras:

    Se ha añadido “poblaciones” a la frase que, así tal cual, está ya bien, no necesita más arreglos. Si nos ponemos exquisitos entonces la redacción se pone muy farragosa. Además, se sobreentiende la inteligencia del lector a la hora de hacer una buena interpretación.

    Y no, no hay voluntad ni objetivo en la evolución, sólo contingencia.

  4. daniel:

    Lamento discrepar. Los grillos, o las poblaciones de grillos, no han evolucionan para sobrevivir, sino que sobreviven porque han evolucionado. No es una diferencia pequeña, porque decir que cambian para adaptarse sugiere lamarckismo, cuando la base del darwinismo es lo contrario: que no hay intención de adaptarse, sino que por la variabilidad natural algunos individuos están mejor adaptados que otros. La “intención de” o “la necesidad de” es lo que Lamarck llamaba “besoin”, que haría que la especies evolucionasen. Decir “han evolucionado PARA cambiar la forma de las alas Y ASÍ ser incapaces de producir ruido que atraiga a las moscas” es claramente lamarckista aunque no se pretenda, y aunque todos somos darwinistas y sabemos cual es el sentido de la frase creo que merece la pena hacer el esfuerzo de mantener el lenguaje darwinista.

  5. daniel:

    Realmente en francés “avoir besoin de” es “necesitar”, “hacer falta”, de ahí la expresión lamarckiana “la necesidad crea el órgano” … o modifica el órgano, como en este caso las alas de los grillos hawaianos. Pero como digo, no es así, no es que la necesidad de no hacer ruido haya hecho que las alas de los grillos se vuelvan silenciosas.

  6. Pocosé:

    El ejemplo es claro de una convergencia evolutiva. Pero esta muy simplificado la evolución es mucho mas compleja:

    ¿Las mutaciones implicaban a un solo gen o a varios? ¿Son de novo o recurrentes? ¿Estaban ya fijadas en las poblaciones en recesividad? ¿Las moscas atacan tambien a las hembras? ¿Es la mosca el único depredador de los grillos que se guía por el sonido? ¿La mosca depreda a otras especies de insectos? ¿Se conoce el mecanismo de los grillos mudos par atraer o buscar a las hembras? ¿Que se sabe de la evolución de la mosca? ¿No tiene la mosca depredadores que regulen su proliferación? ¿Cual es la supervivencia de los grillos una vez implantado el huevo? ¿Son viables y fértiles los híbridos de ambos grillos mutantes? ¿etc. etc. etc.?

    Y por supuesto, los grillos no han evolucionado para librarse de la mosca, sino que unas mutaciones desfavorables se ha convertido en favorables gracias a una contingencia. Ademas en este caso probablemente se trata de mutaciones deletéreas, osea que suprimen una función, normalmente mucho mas frecuentes que las que mejoran o añaden funciones.
    Saludos.

  7. NeoFronteras:

    El cambio genético está ligado al sexo y se rige por las leyes mendelianas clásicas. Pero es distinto en cada población. Los autores hablan de marcadores que denotan una arquitectura genética distinta para producir ese alelo (aunque el fenotipo es ligeramente distinto). No parece que hayan secuenciado completamente los genomas de ambas poblaciones.

    La mosca, como los grillos, son especies invasoras y se les presupone que tienen pocos depredadores nativos de esas islas. Precisamente por esta razón se puede decir que grillos y moscas evolucionan de una forma relativamente aislada.

  8. daniel:

    Pocosé:
    Son muy interesantes las preguntas que planteas. Respecto al mecanismo por el que los grillos silenciosos encuentran pareja lo tienes en el abstract del Artículo originial I:
    “Field experiments support the hypothesis that flatwings overcome the difficulty of attracting females without song by acting as ‘satellites’ to the few remaining callers, showing enhanced phonotaxis to the calling song that increases female encounter rate.”
    Eso significaría que no sólo se han producido las mutaciones que hacen que las alas no produzcan sonido, sino que además han ocurrido otras mutaciones que proporcionan a los grillos un oído más fino. Y siguen siendo necesarios los grillos cantarines para que las poblaciones se reproduzcan.
    Según el abstract del Artículo original II se han producido mutaciones, o sea que no eran genes recesivos que estaban en la población. Basta que un grillo se vuelva silencioso para que sus probabilidades de ser parasitado caigan a cero, y pueda extender la mutación a toda la población de la isla.

  9. Miguel Ángel:

    Precisamente uno de los hallazgos más sorprendentes ha sido comprobar que las hembras se seguían apareando con los machos silenciosos, a diferencia de lo que se había observado con anterioridad en esta misma especie de grillos y también en otras especies diferentes:

    “…females at least will accept males without hearing the courtship song, in striking contrast to findings in this and other species.”

    En uno de lo libros de Punset se menciona un experimento con gallos modificados para que no hiciesen la danza ritual que antecede al apareamiento: el resultado fue que las gallinas huían y peleaban con los machos , incluso hasta la muerte,con tal de no aparearse con el macho.

  10. NeoFronteras:

    Si los grillos macho silenciosos actúan de “satélites” de otros cantarines, eso significa que la mutación no puede alcanzar al 100% de la población de machos porque entonces no hay cópula ni descendencia. Es de imaginar que para que algo así ocurra se necesitarían otras mutaciones que permitan a las hembras verse atraídas mediante otros mecanismos.

    De todos modos este aspecto es tan interesante que merece la pena ser incluido en la entrada.

  11. daniel:

    Me he confundido al decir que los grillos silenciosos tienen mejor oído. Lo que dice el abstract es “enhanced phonotaxis”, lo que implica en realidad una conducta de acercamiento hacia los grillos cantores. Pero habría que ver si los grillos silenciosos hacen intentos de producir sonido moviendo las alas, y si se acercan a los grillos sonoros para intentar competir con ellos aunque no puedan, es decir, si los grillos silenciosos son “conscientes” (pongo comillas) de que no producen sonido o si en cambio su programa genético les lleva a comportarse como si no pasara nada. Imagino como hipótesis que los grillos macho normales (cantores) en cualquier especie compiten por atraer a las hembras, y tal vez intentan expulsar a sus rivales, o bien sólo intentan cantar más fuerte, así que un grillo que oiga cantar a otro se acercará a él para cantar más fuerte y tratar de eclipsarlo, o enfrentarse para expulsarlo. Digamos que si el programa genético de los grillos macho dicta que “si oyes a otro grillo de tu especie, acércate y canta más fuerte que él”, entonces los grillos silenciosos se ven impelidos a acercarse a los grillos cantores para cantar más fuerte que ellos a pesar de que no puedan producir ningún sonido. No se si eso se ha comprobado.

  12. daniel:

    Por cierto Neo, cuando digo que la mutación se extiende a toda la población de la isla, no me refiero a que todos los grillos se hagan silenciosos, sino al equilibrio de Hardy-Weinberg.

  13. Pocosé:

    Otra aclaración que me parece importante es el tiempo de supervivencia del grillo tras la puesta de la mosca, ya que si tras ella le da tiempo a aparearse con alguna hembra la cosa se complica mucho.

  14. Pocosé:

    Si el caso es que los grillos una vez contactados por la mosca ya no tienen tiempo para aparease. El próximo paso evolutivo de la mosca será, lógicamente, producir huevos que tarden en eclosionar lo suficiente como para permitir a los machos cantores una buena tanda de apareamientos, recuperando así el porcentaje de grillos fáciles de localizar.
    Pero que se produzca este o cualquier otro cambio que permita a la mosca seguir depredando con facilidad a los grillos, no dependerá, ni de la voluntad de la mosca, ni de lógica alguna. De producirse, dependerá de “un vaya usted saber que” bien aderezado de aleatoriedades y contingencias.

  15. Miguel Ángel:

    Los autores señalan que esa pauta de comportamiento de acercarse a otro macho cantor ya había sido observada con anterioridad en esta especie de grillos y en otras.
    Tengo conocimiento de que también se produce en algunas especies de ranas, en las que los machos más pequeños se acercan a otro más grande (que canta más fuerte) y acoplan su canto al del grandón para tener más posibilidades de atraer a las hembras.
    Otro comportamiento similar sería el de las sepias: algunos machos de pequeño tamaño se acercan al territorio del dominante disfrazados de hembras e intentan aprovechar un descuido para revelar su auténtica identidad y acoplarse con alguna de las hembras que merodean el territorio del dominante.
    En observaciones anteriores se comprobó que lo normal era que el grillo macho satélite no se acercase a menos de un metro del otro (siendo ambos cantores), pero ahora se ha visto que los nuevos machos silenciosos se acercan algo más (a setenta y tantos centímetros de media).
    El fenotipo de un ser vivo incluye su morfología, pero también su conducta. Así pues, tenemos ya dos cambios en el fenotipo: alas y distancia entre satélite y cantor.

    Estos grillos emiten un canto “de llamada” para atraer a la hembra y otro distinto, “de cortejo”, antes de la cópula. Así pues, en principio no basta con beneficiarse del canto de llamada de otro macho próximo si el grillo satélite no hace el canto de cortejo cuando se encuentre con la hembra.
    Sin embargo, han comprobado con sorpresa que en este caso sí que se producía el apareamiento con los grillos silenciosos.
    En este punto podríamos plantearnos la posibilidad de que se haya producido algún cambio en la conducta de las hembras que las haga más receptivas a los machos silenciosos. Pero los autores proponen otra explicación: dicen que las hembras que viven en islas pequeñas disponen de un abanico más pequeño de candidatos, por lo que podrían ser menos exigentes que las que viven en islas más grandes.
    Esta explicación parece razonable, pero no me acaba de convencer a menos que estos grillos sean capaces de desplazarse grandes distancias en poco tiempo (cosa que ignoro, pero parece poco probable). Me parecería consistente si hablásemos de una isla muy, muy pequeña, pero Keuai tiene 1430 kilómetros cuadrados de superficie y el abanico de candidatos de una hembra lo componen los machos que estén lo suficientemente cerca para que sean escuchados y se produzca el encuentro (que haya otros machos a más de 30 km no aumenta el abanico si no se va a encontrar de ellos mientras dure el periodo de apareamiento).
    Siguiendo el razonamiento anterior sería más lógico pensar que el factor limitante fuese, en todo caso, la densidad de población en el radio de acción de la hembra.

    Iba a hacer también un comentario acerca de lo que plantea Pocosé en su 14 aludiendo al caso de ciertos caracoles que también son parasitados por una larva que crece en su interior alimentándose de los tejidos del caracol. La larva provoca un cambio en la conducta del caracol que se vuelve menos tímido y se deja ver con más facilidad: al final se lo suele acabar comiendo algún pájaro, que precisamente es el nuevo huesped que necesita el parásito para completar su ciclo.
    Pues bien, revisando Wikipedia veo que el caso de estos grillos es también excepcional: la mosca produce una reducción en la fertilidad de los machos (cuando lo esperado era justo lo contrario).

  16. tomás:

    Me refiero al 10 de Neo:
    “No puede alcanzar al 100% … porque entonces no hay cópula ni descendencia”. En realidad lo que sabemos es que no ha alcanzado ese 100%.
    Y al 12 de “daniel” refiriéndose al equilibrio H-W. Este se refiere a casos en los que no hay presión selectiva ni su defensa, es decir, mutaciones. En realidad excluye precisamente un caso como éste por más razones.
    Pero pienso que esa reacción evolutiva de la naturaleza ha tenido que influir en una disminución de la población del parásito. La cuestión es si esa disminución, comparada con la de los machos cantores es relativamente menor o, a pesar de todo es mayor. En resumen si el número de moscas por macho cantor es menor o mayor (o igual).
    Si la presión hubiese aumentado, podría darse el caso de acabar con los machos cantores, máxime si las hembras de éstos aprenden a aparearse sin necesidad de canto alguno. Si así fuera, o bien las moscas se buscan otro anfitrión, que me parece muy posible, o aprenden a guiarse hacia los grillos por otras señales quizá relacionadas o complementarias o, simplemente, finiquitan; como esas epidemias tan virulentas que se acaban porque la muerte de sus víctimas es tan rápida que al patógeno no le da tiempo a transmitirse.

    En fin, las posibilidades de la evolución son tantas que mejor conformarse con meditar sobre una sola.

    Agradezco a tan ejemplar artículo el resaltar evolución rápida y convergencia y también a mis compañeros sus documentadas aportaciones en un tema que a todos parece gustarnos.

    Abrazos “tipo Miguel Ángel”.

  17. daniel:

    Respecto al equilibrio de Hardy Weinberg, podemos ver que pasa cuando hay selección natural:

    “supondremos que la población de cigotos surge en equilibrio de Hardy Weinberg y que el desequilibrio sólo surgirá después de que actúe la selección.
    El desarrollo matemático de los distintos modelos de selección se debe, principalmente, a los trabajos de Haldane (1924, 1932), Fisher (1930) y Wright (1931)”

    http://pendientedemigracion.ucm.es/info/genetica/grupod/Genetica%20evolutiva/Seleccion%20natural/Seleccion%20Natural.htm

    Vemos que en determinados casos, como en la Sobredominancia positiva, las frecuencias genotípicas tenderán a un equilibrio a pesar de actuar la selección natural.

    En el caso de los grillos hawaianos, los dos nuevos alelos silenciosos no pueden desplazar al alelo sonoro ya que se necesitan machos cantores para que los machos mudos se apareen. El alelo sonoro no puede tender a cero, sino que alcanzará un equilibrio con el alelo silencioso de cada isla.
    Si no hay nuevas mutaciones y si no hay nuevos factores de selección, se puede llegar a un equilibrio de Hardy Weinberg. Este equilibrio es una aproximación matemática ideal, ya que siempre existe selección natural en cualquier población en cualquier momento. Antes de la llegada de la mosca parásita las frecuancias genéticas de los grillos estaban en equilibrio de Hardy Weinberg, con la irrupción de la mosca se produce un desequilibrio en las poblaciones de ambas islas, pero pasado un tiempo se puede volver a alcanzar el equilibrio entre los alelos “sonoro” y “silencioso”.

  18. Miguel Ángel:

    Pues tenemos que desempatar: a mí tampoco me queda claro que el macho cantor sea absolutamente imprescindible.
    Lo que dejan claro es que las hembras se aparearon con los machos silenciosos, incapaces de hacer ni el canto de llamada ni el de cortejo. Por tanto, se han apareado oyendo sólo el canto de llamada pronunciado por el satélite, pero no el de cortejo.
    Quedaría la duda de si se aparearían incluso sin oír el canto de llamada.

  19. Miguel Ángel:

    Perdón, me he equivocado en la penúltima línea: obviamente el canto de llamada lo emite el grillo cantor y no el satélite que es silencioso en el caso que nos ocupa.

  20. tomás:

    Estimado “daniel”:
    Intento comprender tus razonamientos matemáticos, pero aquí pasa con mayor intensidad lo que sucede con la gravedad. Conocemos un buen tratamiento matemático para casos sencillos de dos cuerpos. Si nos vamos a unos cuantos la cuestión se torna insoluble.
    Pero no por eso quito valor a la abstracción; lo que pasa es que en este caso son muchas las circunstancias que no pueden tenerse en cuenta.
    Te felicito por todo y recibe un fuerte abrazo.

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