Un solo gen en una especie puede causar la extinción de otras especies

Algunas especies desempeñan un papel descomunal en el entorno en el que habitan. Los castores construyen represas que crean estanques donde prosperan los peces. Las nutrias en los bosques de algas comen suficientes erizos de mar para que las algas puedan crecer sin ser engullidas primero. Estas llamadas especies clave mantienen unido su ecosistema.

Pero, ¿y si los ecosistemas no solo dependen de una sola especie, sino que pueden ser creados o desmantelados por una sola especie? ¿gene? En un estudio publicado el jueves en Ciencias, Los investigadores han demostrado la existencia de lo que ellos llaman un “gen clave”. El descubrimiento puede tener implicaciones sobre cómo los científicos piensan sobre las formas en que los ecosistemas y las especies en ellos persisten en el tiempo.

En el laboratorio, los investigadores construyeron varios ecosistemas en miniatura que constaban de solo cuatro especies cada uno. En la parte inferior de la cadena alimenticia estaba Arabidopsis thaliana, una pequeña planta anual que es un organismo de estudio favorito entre los biólogos (su genoma fue secuenciado hace más de 20 años). En cada ecosistema, la planta servía de alimento a dos especies de pulgones, que a su vez alimentaban a una avispa parasitoide.

Cada ecosistema del tamaño de una caja de pan contenía múltiples Arabidopsis plantas. En algunos sistemas, las plantas eran genéticamente idénticas: un monocultivo. En otros, las variaciones genéticas se introdujeron activando y desactivando tres genes:MAM1, AOP2 y GSOH—en varias combinaciones. Los investigadores se centraron en estos genes porque mantienen la producción de compuestos llamados glucosinolatos alifáticos, que protegen a la planta disuadiendo a los pulgones hambrientos. Algunos de los ecosistemas experimentales tenían más variación en el número de combinaciones genéticas que otros; los investigadores observaron para ver qué tan bien coexistirían las plantas, los áfidos y las avispas en cada escenario.

Como esperaba el equipo, los ecosistemas con plantas genéticamente más diversas resultaron ser más estables. Por cada planta con una composición genética diferente que los investigadores agregaron a la mezcla, la tasa de extinción de los insectos se redujo en casi un 20 por ciento, en comparación con los monocultivos.

Pero lo que sorprendió a los investigadores fue que este resultado parecía depender de un solo gen. Independientemente de la diversidad, si los sistemas contienen plantas con una determinada variante, o alelo, del AOP2 gen, la tasa de extinción de los insectos disminuyó en un 29 por ciento, en comparación con los sistemas sin él. Esencialmente, si cambias eso AOP2 alelo, pierdes los insectos. El aumento de la diversidad genética ayudó a los insectos porque aumentó la probabilidad de que los áfidos se encontraran con plantas con esta variante genética crítica. «Esperábamos el efecto de la diversidad», dice el autor principal y ecologista de la Universidad de Zúrich, Matt Barbour. “Pero el efecto inesperadamente grande del gen único, eso fue sorprendente”.

También fue sorprendente el mecanismo por el cual el AOP2 el alelo impactó a los áfidos. Aunque la variante cambió la forma en que una planta producía su compuesto para disuadir a los áfidos, también permitió que la planta creciera más rápido. Esto, a su vez, permitió que los áfidos, así como las avispas que dependían de ellos para alimentarse, crecieran más rápido. «Los áfidos que se alimentan de la planta en realidad pueden crecer y reproducirse más rápidamente, por lo que sus poblaciones pueden crecer más rápido», explica Barbour. “No esperaba AOP2 para tener este efecto.”

«Mostrar que un solo gen puede reorganizar las redes ecológicas es un ejemplo muy claro de lo que sucede cuando se unen la genética y la investigación ecológica de vanguardia», dice Rachel Germain, científica de biodiversidad de la Universidad de Columbia Británica, que no participó. en la investigacion “Este es el primer tipo de estudio como este, y me imagino que vendrán muchos más”.

Los biólogos de la conservación saben desde hace mucho tiempo que los ecosistemas diversos son más grandes que la suma de sus partes y que, en particular, son más estables. Del mismo modo, las poblaciones de especies genéticamente más diversas tienen más probabilidades de sobrevivir, gracias a una mayor capacidad para adaptarse a un entorno cambiante. El efecto es similar a diversificar una cartera de inversiones: uno no puede estar seguro de qué genes conducirán a un mayor éxito como población, por lo que cuantas más opciones tenga, más probable es que algo salga adelante.

Pero los nuevos hallazgos apuntan a un mecanismo que podría hacer que la diversidad genética sea crítica para el mantenimiento de los ecosistemas. Si las variantes genéticas específicas (genes clave) se pierden de las poblaciones, otro las especies podrían extinguirse, no sólo los dueños de los genes. “No se trata realmente de la diversidad genética sino de que, al tener un acervo genético diverso, estás aumentando las posibilidades de encontrar esa mutación singular e importante”, dice Germain. “Esa es una de las cosas interesantes de este artículo; podría ser algo en lo que no muchos ecologistas hayan pensado mucho”.

Barbour dice que no sospecha que los genes clave mantienen unido a todos los ecosistemas. “No espero que sean comunes”, dice. “Pero cuando estén allí, serán importantes”.

Tal vez, reflexiona Barbour, la ciencia eventualmente podría aprovechar los genes clave para proteger y restaurar la biodiversidad. “Los humanos han estado cultivando plantas durante mucho tiempo y modificándolas genéticamente más recientemente”, dice. “¿Qué pasaría si conociéramos los genes que los harían no solo sobrevivir mejor sino también promover la biodiversidad? Creo que es una implicación realmente grande e interesante”. Pero esa sigue siendo una pregunta que se resolverá en el futuro. “Estamos apenas al comienzo de tratar de diseccionar realmente estos efectos genéticos en los ecosistemas”, agrega Barbour.