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Reveladora investigación chilena muestra cómo insectos evolucionan ante el cambio climático

por 28 mayo, 2019

Reveladora investigación chilena muestra cómo insectos evolucionan ante el cambio climático
Científicos del Laboratorio de Biología Integrativa de la Facultad de Medicina buscan entender la capacidad de adaptación de especies frente al aumento de temperaturas. Resultados establecieron que poblaciones de drosophilas resistentes a condiciones de estrés térmico lograron mejorar su rendimiento reproductivo, evitando así su desaparición.
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Un estudio desarrollado por científicos del Instituto de Ciencias Biomédicas (ICBM) de la Universidad de Chile indagó en los mecanismos adaptativos de especies de insectos ante el cambio climático. La investigación, financiada por un Fondecyt y liderada por el Dr. Luis Castañeda, determinó que existe suficiente variabilidad genética para que la tolerancia térmica evolucione, permitiendo que los insectos se adapten al calentamiento global.

Utilizando como modelo a poblaciones de Drosophila subobscura, una especie que habita climas templados y posee una amplia distribución geográfica en Chile –desde La Serena a Coyhaique–, evaluaron diversas variables, como su respuesta a shocks térmicos, similares a olas de calor superiores a 35º Celsius, o a aumentos prolongados crónicos de temperatura.

Para ello, los investigadores, pertenecientes al Laboratorio de Biología Integrativa (iBioLab) de la Facultad de Medicina, llevaron a cabo experimentos de selección artificial en laboratorio, simulando los eventos selectivos que ocurren en la naturaleza. Después de 16 generaciones, los científicos encontraron que la tolerancia térmica de estos pequeños insectos aumentó en 1 grado Celsius, es decir, se volvieron más resistentes a las altas temperaturas.

Esta resistencia estaba acompañada de un aumento en su capacidad reproductiva que le permitía a las camadas posteriores evitar su extinción ante nuevas condiciones ambientales.“Normalmente, una mayor resistencia para una condición conlleva a un costo a nivel reproductivo, pero nosotros no encontramos esos costos. Es decir, no solo encontramos que la tolerancia térmica puede evolucionar, sino que esta evolución es adaptativa aumentando las capacidades reproductivas de las líneas que más evolucionaron” , explica el Dr. Castañeda.

“Para saber si una especie se va a extinguir o podrá adaptarse al calentamiento global, es necesario conocer si las especies evolucionan para tolerar este estrés térmico y determinar si existe una base genética detrás de esta respuesta”, plantea el investigador. Uno de los principales objetivos del trabajo fue comprender el rol que juega en esta adaptación la microbiota o diversidad bacteriana.

Variación genética para adaptarse

El género drosophila permite a laboratorios en todo el mundo abordar preguntas que van desde la biología celular hasta la ecología y evolución, pasando por la genética, fisiología y otras áreas de la biología. Los resultados de estas investigación ha generado diversas aplicaciones concretas en el ámbito de la ciencia básica y la biomedicina.

Su ventaja, resume el Dr. Castañeda, radica en que facilita la tarea de agrupar grandes tamaños poblaciones con un alto nivel de replicación, que se suman a las herramientas de análisis molecular y genómico que están muy bien desarrolladas en la actualidad. Estas especies, además, tienen un corto tiempo generacional, de tres a cuatro semanas, lo que equivale a tener casi doce generaciones por año.

Esto le confiere un atributo ideal para estudiar evolución –entendida cambio el genético de una población a través del tiempo– en laboratorios.

“Muchos pensamos que la evolución ocurre en millones de años, pero también ocurre a escala de meses, años y décadas. La evolución no solo se asocia a grandes cambios morfológicos, como la aparición de alas en los murciélagos, sino que también a pequeños cambios a nivel genético o sutiles cambios fenotípicos, como el aumento de la tolerancia a estresores ambientales, uno de ellos la temperatura”.

Pese a su amplia distribución geográfica y a ser una especie introducida en Chile desde los años ’70, la especie no tiene implicabais económicas para el país: la mayoría de las drosophilas usan frutos en descomposición como hospederos. “Los resultados entregan pistas de que es posible evolucionar frente al calentamiento global. La pregunta que ahora queda abierta es si ese patrón es consistente con otros insectos o vertebrados”, proyecta el científico de ICBM.

Microbiota y cambio climático

Las características fenotípicas de los organismos no están exclusivamente determinadas genéticamente, sino que también dependen del ambiente en el cual habitan los organismos. Tanto la epigenética como el microbioma intestinal pueden ser mecanismos alternativos que incrementen esta variabilidad fenotípica.

Los animales tienen en su intestino un conjunto de bacterias no patógenas con un efecto positivo. Ésta se conoce como la microbiota, y en el caso de las moscas, está dominada por Lactobacilos y Acetobacter, que las benefician a nivel de absorción de nutrientes y en términos reproductivos. Uno de los estudios desarrollados en el proyecto exploró el efecto del estrés térmico sobre este conjunto de bacterias y si éstas contribuyen a mejorar la capacidad de hacer frente a un estrés ambiental.

El Dr. Castañeda explica que uno de las potencialidades de este tipo de análisis es que es posible remover completamente la microbiota de las moscas y evaluar, de esta manera, el efecto que tiene la microbiota intestinal sobre la tolerancia térmica. “Encontramos que la tolerancia está influenciada por la presencia de la microbiota y que cuando una mosca se le quita ese conjunto de bacterias beneficiosas disminuye su capacidad de respuesta, tolerando menos el aumento de temperaturas”.

Los resultados también evidenciaron que la microbiota, cuyas bacterias dominantes son similares a las que poseen los humanos, es sensible a los impactos térmicos, disminuyendo la diversidad de bacterias que componen esta comunidad microbiológica. En las próximas fases de la investigación, el iBioLab explorará qué bacterias determinan las características termotolerantes en sus hospederos y qué mecanismos de comunicación con los hospederos aumentan su desempeño ante nuevas condiciones ambientales.

“Se sabe que las bacterias degradan ácidos grasos complejos, lo que facilita la absorción por parte del hospedero. Un ejemplo de ello es las térmitas que consumen madera, pero que no tiene la enzima para degradar la celulosa. Sin embargo, las bacterias presentes en sus intestinos si pueden degradar este tipo de moléculas complejas, mejorando su estado nutricional. Hasta ahora, en nuestro caso, conocemos los patrones generales del efecto de la temperatura sobre la microbiota y viceversa, pero ahora buscaremos qué moléculas y mecanismos específicos contribuyen a la tolerancia térmica”.

El riesgo de la extinción

El Dr. Castañeda valora como uno de los conocimientos más relevantes adquiridos tras el estudio la posibilidad de estudiar evolución experimental en el laboratorio y evaluar si las especies podrían estar en riesgo de extinción ante el aumento de la temperaturas. Esta capacidad adaptativa, según observaron tras la evolución en tiempo real, depende de las características genética de las poblaciones.

En específico, estos resultados ayudan a “alimentar” a los modelos de nicho ecológico, que permiten predecir las futuras distribuciones de las especies en función de sus capacidades fisiológicas. “Por ejemplo, uno podría modelar cómo especies invasoras, con un eventual impacto en actividades productivas o en la transmisión de enfermedades, podrían modificar su distribución en períodos de cinco o diez años bajo distintos escenarios de calentamiento global”, advierte el investigador de ICBM.

En este escenario, advierte, algunas de estas especies podría llegar a ser un problema de salud pública en las próximas décadas. “En este sentido, es importante saber porqué a unas especies pueden persistir en estas nuevas condiciones ambientales y otras se extinguen. Necesitamos determinar las bases genéticas de la resistencia a estrés ambiental, así como también conocer la diversidad del microbioma y su rol como facilitador de la resistencia a estresores ambientales”, concluye

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