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Un cambio genético ha generado un fuerte cambio mofológico en una población de aguileñas azules.

Los investigadores han identificado un caso de cambio evolutivo repentino. En un nuevo estudio, los científicos describen una población de aguileñas cuyas flores han perdido sus pétalos, incluidos los característicos espolones de néctar. El hallazgo agrega peso a la idea de que la adaptación puede ocurrir en grandes saltos, en lugar de simplemente avanzar lentamente durante períodos de tiempo prolongados.

Cuando Charles Darwin propuso por primera vez la teoría de la evolución por medio de la selección natural, pensó en ella como un proceso gradual. Escribió en su obra seminal, Sobre el origen de las especies, lo siguiente: «No vemos nada de estos lentos cambios en progreso, hasta que la mano del tiempo ha marcado el largo lapso de las eras.»

Pero Darwin no tenía la imagen completa. «La evolución no necesariamente toma todos estos pequeños cambios como propuso Darwin», dice Scott Hodges (UC Santa Barbara).

Hodges, Zachary Cabin y otros colaboradores acaban de identificar un caso de cambio evolutivo repentino. En su artículo publicado en la revista Current Biology, estos científicos describen una población de aguileñas cuyas flores han perdido sus pétalos, incluidos los característicos espolones de néctar. Un cambio drástico causado por una mutación en un solo gen. El hallazgo agrega peso a la idea de que la adaptación puede ocurrir en grandes saltos, en lugar de simplemente avanzar lentamente durante períodos de tiempo prolongados.

Desde que se presentó la teoría de la evolución, los biólogos han debatido si siempre ocurre en pasos pequeños y graduales durante largos períodos de tiempo o, a veces, como un equilibrio interrumpido por cambios abruptos, como propuso en su día Stephen Jay Gould.

A menudo, grandes cambios morfológicos aparecen dentro de escalas de tiempo geológicas cortas donde las formas intermedias pueden no haberse fosilizado. Entonces, la pregunta sigue siendo si ocurrieron muchos pequeños cambios en un corto período de tiempo, o tal vez si una sola mutación a gran escala podría ser la responsable. Por lo tanto, los investigadores realmente tienen que captar el desarrollo en acción si esperan construir un caso en el que los cambios repentinos pueden impulsar la evolución.

Aquí es en donde entra la aguileña azul de Colorado (Aquilegia caerulea). En una población de estas plantas, una mutación ha provocado que muchas de ellas pierdan sus pétalos con los icónicos espolones de néctar. Si bien no es un suceso poco común en las aguileñas, la falta de espuelas parece haber permanecido en alrededor de una cuarta parte de las plantas de la zona.

El equipo analizó el genoma de la planta para encontrar la fuente de esta morfología inusual. Se fijaron en concreto en el gen APETALA3-3 y descubrieron que este único gen controlaba todo el desarrollo de los espolones y nectarios de la flor. El cambio es muy simple, pues el gen puede estar activado o desactivado, pero provoca un cambio radical en la morfología de la planta. Esta alteración simple en este único gen hace que las plantas mutantes desarrollen flores sin pétalos ni espolones de néctar.

Si estas flores se conservaran en el registro fósil, los científicos del futuro podrían clasificarlas en dos géneros completamente diferentes. Y también habría una brecha desconcertante, pues no habría ninguna forma intermedia que documentase una transición de una morfología a la otra.

Según Hodges, este hallazgo muestra que la evolución puede ocurrir en un gran salto si está involucrado el tipo correcto de gen. APETALA3-3 le dice al órgano en desarrollo que se convierta en un pétalo, pero cuando muta, esas instrucciones ya no están y eso hace que se convierta en un órgano completamente diferente, en concreto un sépalo.

APETALA3-3 es un tipo de gen homeótico, que especifica el desarrollo de un órgano completo. Una mutación en uno de estos genes puede tener un efecto drástico en la morfología de un organismo. Por ejemplo, una mutación homeótica hace que una mosca desarrolle patas donde debería tener antenas.

«La mayoría de las mutaciones de esta naturaleza van a ser así, horribles. El animal no tendrá ninguna posibilidad de sobrevivir. El biólogo Richard Goldschmidt los llamó ‘monstruos sin esperanza'», continua Hodges.

Pero de vez en cuando, uno de estos cambios radicales puede proporcionar un rasgo beneficioso en un entorno particular, creando un monstruo con posibilidades. Y un monstruo de este tipo mostraría que la evolución puede avanzar en grandes saltos, apoyando la hipótesis del equilibrio puntuado.

Al parecer, hasta ahora no había un buen ejemplo de este tipo debido a un único cambio genético. Los investigadores tienen que detectar estos cambios abruptos a medida que ocurren, de lo contrario, desaparecen en el genoma de un organismo. Por ejemplo, otros parientes de aguileñas han perdido sus pétalos y nectarios en el pasado, pero ahora es imposible saber si estos hechos ocurrieron de una sola vez. El hecho de que esté sucediendo activamente ahora en la aguileña azul de Colorado permitió al equipo confirmar su estatus como un monstruo con aspiraciones.

Captar el cambio en acción, además de haber sido un golpe de suerte, también ofrece otro beneficio: la oportunidad de estudiar la genética y las presiones selectivas.

El equipo descubrió cinco versiones, o alelos, de APETALA3-3 , de los cuales solo uno codifica un pétalo con un espolón de néctar funcional, los otros cuatro no. También determinaron que la falta de espuelas es un rasgo recesivo. La flor se desarrollará normalmente mientras la planta tenga una copia del alelo funcional, pero dos alelos mutantes juntos lo evitarán.

Alrededor de una cuarta parte de las aguileñas azules de Colorado en esta área muestran el rasgo recesivo, más de lo que se puede atribuir a la mera casualidad.

En todas las especies de aguileñas es posible encontrar individuos raros que desarrollan flores sin espolones de néctar. Pero una cuarta parte de la población sin esta función debía ser más que un suceso fortuito. Conseguir que haya muchos mutantes de este tipo sugiere que hay una selección que lo favorece de alguna manera, pero esto es extraño, ya que el espolón produce néctar que atrae a los polinizadores de la planta.

Hodges está profundamente familiarizado con las aguileñas y todas sus investigaciones anteriores sugieren que las espuelas de néctar son importantes para el grupo. Incluso pequeños cambios en la estructura han impulsado la especiación y la diversificación del género. Entonces, ¿cómo diablos puedes perder tus espuelas y aún así ser favorecido?

Atraer polinizadores es solamente uno de los factores que contribuye al éxito reproductivo. Resultó que las plantas mutantes en realidad produjeron más semillas que sus contrapartes, para sorpresa del equipo. Comenzaron a revisar sus observaciones para así encontrar una explicación.

«La primera vez que realmente nos dimos cuenta del patrón fue en el aeropuerto de camino a casa. Estaba leyendo datos mientras Hodges los introducía en la computadora. Scott podía ver cómo se desarrollaba el patrón, porque tenía todos los datos frente a él y estaba cada vez más emocionado», recordó Cabin.

El equipo había registrado la presencia de orugas, pulgones y ciervos en el ecosistema. El daño que producen las orugas y los pulgones pueden obstaculizar la producción de semillas, mientras que los ciervos pueden devastar una planta entera. A medida que se acumularon los datos, se pudo apreciar una tendencia clara: los ciervos y los pulgones preferían las flores con espolones de néctar.

Los cambios en la morfología floral generalmente son impulsados por los polinizadores, pero la ausencia de espolones parece ser impulsada por los hervívoros.

«La selección natural puede provenir de fuentes muy sorprendentes. No siempre es lo que esperarías que fuera», dice Hodges. .

Ahora estos investigadores planean investigar el ADN alrededor de APETALA3-3 para construir una línea temporal de cuándo pueden haber ocurrido las mutaciones. Cuando el gen mutó por primera vez, solo se vio afectado uno de los cromosomas de la planta. Eso significa que cada descendiente con esa mutación tendría la misma secuencia genética alrededor de APETALA3-3 durante muchas generaciones.

Sin embargo, los cromosomas intercambian alelos ocasionalmente en un proceso llamado recombinación. Al rastrear la cantidad de recombinación que se ha acumulado alrededor de las diferentes versiones de APETALA3-3, los científicos pueden estimar hace cuánto tiempo ocurrió cada mutación. Más variación requiere más tiempo para acumularse. Y cuanto más cerca está esta variación de APETALA3-3, más eventos de recombinación tiene que haber habido desde que apareció la primera mutación.

Los investigadores también quieren rastrear cómo se está extendiendo la falta de espuelas entre la población. Los diferentes casos se entrecruzan, pero las pruebas genéticas sugieren que hay menos apareamiento entre los dos grupos. La aguileña azul de Colorado puede estar divergiendo en especies separadas, especialmente porque los dos tipos parecen depender de diferentes polinizadores. Ese proceso de división sería lento, pero, según estos investigadores, hay pruebas de que podría estar dándose ya.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: Scott Hodges y colaboradores.