Se asocia la genética con la evolución de los ecosistemas

FLAGSTAFF, Arizona - Un equipo de científicos de Estados Unidos, Canadá y Australia han encontrado que los genes de un organismo no solamente controlan las características de ese individuo sino que también dictan el comportamiento de miles de otros organismos en una comunidad.

Ellos dicen que estos genes influyen sobre la evolución de todo un ecosistema.

"Estamos dando impulsto a todo un nuevo campo de investigación," dijo el investigador líder Tom Whitham, Profesor Regents de ciencias biológicas en la Universidad del Norte de Arizona ("Northern Arizona University", - NAU).

"Lo que hemos hecho es ubicar una especie fundacional, debido a que no todas las especies tienen la misma importancia ecológica," dijo Whitham. La especie fundacional, o clave, en este caso es el álamo americano ("cottonwood"), el cual es el primer árbol que ha tenido todos sus genes secuenciados.

El álamo americano es común en todo el suroeste
de Estados Unidos. Estos álamos bordean el río
San Pedro en Hereford, Arizona.
(Foto de EPA)

Entre los genes estudiados están aquellos que controlan el nivel de taninos en los álamos americanos, los cuales son árboles dominantes en hábitats riparios en el Oeste norteamericano.

Individuos, o genotipos, diferentes de la especie tienen niveles diferentes de taninos.

Estos niveles de tanino, controlados genéticamente, propician la estructura, o fenotipo, de un bosque ribereño, dice Whitham. Los taninos afectan la tasa de descomposición de las hojas del álamo americano, lo que a su vez afecta la fertilidad de los suelos, que afecta a los microorganismos en el suelo, que afectan a los insectos que viven en el suelo o se comen las hojas, que afecta a las aves que se alimentan de los insectos, y continúa así.

En el número de julio pasado de "Nature Reviews Genetics" y el número de mayo pasado de "Evolution", Whitham e investigadores asociados discuten cómo este fenotipo es heredable al nivel de ecosistema. Es decir, es probable que la progenie de un árbol soporte las mismas comunidades de organismos y procesos de los ecosistemas que las soportadas por sus padres.

Las implicaciones son muy importantes ya que afectan los esfuerzos por conservar la biodiversidad ante la destrucción de hábitat y el cambio climático. La siembra de árboles que son genéticamente diversos resultará en un aumento de la diversidad de otras especies en la comunidad dependiente. Mientras mayor sea la diversidad de árboles, mayor es la oportunidad de que las especies asociadas sobrevivan la degradación ambiental.

"No basta con salvar especies raras y en peligro. Necesitamos salvar la diversidad genética en las especies fundacionales," dijo la co-autora del estudio Jennifer Schweitzer, investigadora post-doctoral en NAU. "El tener una alta diversidad genética en estas especies fundacionales es un seguro ante cambios en el futuro.

La investigación también aclara sobre organismos modificados genéticamente y sus efectos sobre los paisajes en que son introducidos. Las gramíneas que son genéticamente alteradas para evitar el crecimiento de malezas podrían pasar esa resistencia a plantas exóticas, las cuales a su vez podría tomar una comunidad y cambiar la evolución de ese ecosistema.

Una oropéndola de Bullocks macho se alimenta en un árbol de álamo americano en el Refugio Nacional de Vida Silvestre Cibola.
(Foto de Southwest Birders)

Más de 50 investigadores de Estados Unidos, Canadá y Australia están estudiando este impulso genético de la estructura comunitaria y de la evolución del ecosistema. El trabajo es financiado por una aportación "Frontiers in Integrative Biological Research" de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos.

El proyecto incluye científicos de una multitud de disciplinas debido a que, como dice Whitham, "Ninguna persona tiene todos los experticios para hacer ésto."

"Este es un proyecto excitante con impacto global, tomando del experticio de genetistas, ecólogos, biólogos moleculares, biogeógrafos y otros," dijo Chris Greer, director de programa en la Fundación Nacional de Ciencias. "Se espera que los resultados no solamente den luz sobre complejas funciones de comunidades biológicas sino que también den informaciones para enfrentar los impactos de las actividades humanas, tales como fragmentación del paisaje, sobre ecosistemas en tensión en todo el planeta."

Los investigadores son los primeros en analizar el marco genético de comunidades y ecosistemas en la naturaleza. Han plantado varios "jardines comunes" experimentales de álamo americano en Arizona y Utah. Los árboles son propagados en invernaderos de investigación de NAU. Analizado los ADN, los científicos conocen la composición genética precisa de cada árbol.

En un experimento, el grupo de Whitham trabajó con la Oficina de Reclamación para plantar unos 10,000 árboles en el Refugio Nacional de Vida Silvestre Cibola a lo largo del tramo inferior del Río Colorado, a unos 30 kilómetros al sur de Blythe, California, para examinar cómo la diversidad genética al nivel de rodal influye las comunidades y los procesos de los ecosistemas.

Con un clon de álamo en la mano, Tom Whitham, con barba fila de adelante, posa en el invernadero con algunos de los colaboradores del proyecto.
(Foto de NAU)

"La Oficina de Reclamación consigue restauración de este proyecto, y nosotros conseguimos este increíble experimento," dijo Whitham.

Hasta ahora, todos los experimentos han superado las expectativas de los investigadores.

"Inicialmente pensábamos que (las influencias genéticas) serían más localizadas - que las influencias serían menos genéticas y más ambientales a medida que nos mudábamos de un ambiente común de jardín a todo el oeste de Estados Unidos," dijo Whitham.

Al final, sin embargo, "Los genes de las plantas son más importantes que lo que esperábamos que fueran," agregó.

"Este estudio tiene enormes implicaciones de conservación," dijo Kitty Gehring, miembro de NAU en el equipo de investigación. "Cuando hablamos de conservación, típicamente buscamos al nivel de especie. Necesitamos buscar por debajo del nivel de especie hasta el nivel genético," dijo Gehring, quien estudia las relaciones mutuamente dependiente de hongos y las raíces de las plantas en que viven.

Ahora los investigadores desean sabir si sus hallazgos también se cumplen en ambientes diferentes alrededor del mundo. Whitham acaba de regresar de Sudáfrica y Borne en Asia Sudoriental, donde está sembrando las semillas para estudios futuros.

Un estudio paralelo en Australia que examina los árboles de eucalipto como especie fundacional está dando los mismos resultados que los estudios con álamo americano.