El sexo en tiempos de cambio climático

18 Ene 2013

Alex Córdoba Aguilar y Rosa Ana Sánchez Guillén

Existe la noción de que la hibridación entre diferentes especies es un fenómeno raro en la naturaleza, al menos entre animales, idea que se ilustra con ejemplos un tanto excepcionales (y de aquí su aspecto inverosímil), como es el caso de la mula. Desde el punto de vista biológico, hay un fundamento teórico para creer que la hibridación es casi imposible: los costos en tiempo y recursos son altos para los individuos de las especies parentales, ya que los híbridos no son viables, esto es no se llegan a reproducir. Por esto diversos autores han explicado que las especies desarrollen mecanismos de aislamiento reproductor efectivos que impidan los apareamientos con especies diferentes.

Figura 1. Ejemplos de libélulas del género Ischnura usadas para estudio de hibridación y cambio climático: I. elegans, I. genei, I. graellsii, I. pumilio (Fotos: A. Cordero Rivera); I. fountaineae (Foto: J. Pierre Boudot); I. saharensis (Foto: R.A. Sánchez Guillén); e I. senegalensis (Foto: web www.geograph.org.uk).


Sin embargo, varios estudios en las últimas décadas indican que los apareamientos entre especies diferentes no sólo ocurren, sino que, contrario a la creencia común, los híbridos muchas veces sí son viables. Una primera explicación de que éstos híbridos sean comunes es que no ha habido tiempo suficiente para que, en especies cercanas, evolucionen mecanismos efectivos de aislamiento. La segunda explicación es que sí existieron tales mecanismos, pero quizá se relajaron por diversas circunstancias, como por ejemplo que especies cercanas viven en lugares diferentes y, por lo tanto, que la probabilidad de apareamientos entre ellas sea muy baja. Sin embargo puede suceder que ante algún cambio ambiental las especies diferentes ahora sí se encuentren y sí se puedan aparear dando lugar a híbridos. Uno puede preguntarse ¿Qué cambio ambiental puede dar lugar a tales re-encuentros? Uno de los cambios a gran escala y ya para todo mundo conocido, es el cambio climático. 

El incremento de temperatura en el planeta está afectando a cada organismo de forma diferente. En el caso de los organismos ectotermos – aquellos cuyas actividades están fuertemente influenciadas por la temperatura exterior – están sufriendo cambios en cada aspecto de su vida. Pensemos el caso de la gran mayoría de los insectos, sólo pueden volar cuando la temperatura ambiental es lo suficientemente alta en el día, en otras palabras, si hace frío no vuela. Con los incrementos de temperatura global, su actividad comenzará más temprano y terminará más tarde, es decir el tiempo que permanece activo es más largo. Las consecuencias serán muy diversas, algunas predecibles pero otras no. Si se trata de, por ejemplo, una plaga, ésta tendrá más tiempo para comerse un cultivo. 

Figura 2. Mapa de puntos de presencia, mostrando la distribución actual de ocho géneros de Ischnura de distribución Mediterránea (A). Distribución potencial de I. saharensis bajo el escenario de cambio climático A1 que representa un mundo globalizado con un intenso crecimiento económico sostenido mediante el uso intensivo de combustibles fósiles para el 2020 (B), 2050 (C) y 2080 (D).

Uno de los efectos del cambio climático global que hemos descrito recientemente y en relación con patrones de hibridación, es la modificación de las áreas de distribución geográfica en varias especies de libélulas (Figura 1). Nuestros estudios predicen que el incremento en temperatura llevará a que algunas especies que ahora no están en contacto, lo estén en unos pocos años. Por ejemplo, hemos encontrado evidencia de que especies africanas y mediterráneas estarán colonizando nuevas áreas hacia el sur de Europa, y ahí se encontrarán con otras con las cuales no tenían contacto (Figura 2). En algunos casos, el grado de sobreposición de las áreas de distribución es relativamente pequeño, pero para otras especies será enorme. Cada caso parece depender de la capacidad de cada especie de lidiar con cambios en temperatura y por supuesto, con los nuevos ambientes.

¿Existe alguna evidencia que sugiera que estas especies de libélulas podrán hibridar? Parece que sí. Por un lado, hemos encontrado que la cercanía evolutiva -- estimación que se basa en las diferencias genéticas usando distintos marcadores moleculares-- de varias especies, es un indicio de que sus mecanismos de aislamiento no son lo suficientemente robustos como para impedir que se apareen. El umbral de cercanía genética donde un investigador “decide” sugerir si una especie puede o no hibridar con otra viene de datos experimentales en especies que tienen apareamientos inter-específicos y/o producen híbridos. Estos apareamientos entre especies y los híbridos que producen, contrario a lo que planteamos al principio, son bastante más comunes de lo que se cree, especialmente en insectos (Figura 3). 

Figura 3. A. Mapa de la distribución de Crocothemis erythraea incluyendo regiones de Alemania, Francia y Luxemburgo. Las equis representan los sitios en donde se encontraba C. erythraea antes de 1989, mientras que los puntos representan su distribución a partir de 1990. B. Fotografía de un macho adulto de C. erythraea. Fuente: Ott, J. 2007.

En el Laboratorio de Ecología de la Conducta de Artrópodos del Instituto de Ecología, hemos hecho experimentos con libélulas para poner a prueba si nuestras predicciones de apareamientos interespecíficos y/o formación de híbridos se basan en los umbrales de cercanía genética, y las predicciones se cumplen. En otras palabras: las especies cercanas de libélulas (y de otros insectos) efectivamente producirán híbridos, al encontrarse ocupando el mismo sitio como consecuencia del cambio global. Estos experimentos los hemos hecho en el laboratorio en condiciones controladas, simulando situaciones donde especies que antes no vivían juntas, ahora lo hagan.

Figura 4. Gráfico de un análisis estadístico que ilustra el grado de contribución genética en híbridos de Ischnura. Cada individuo está representado por una línea delgada vertical, de color rojo en el caso de I. graellsii y verde para I. elegans. Ambas especies parentales obtuvieron un valor de asignación mayor del 90% porque sus individuos casi no se han mezclado genéticamente con otra especie, es decir la barra de color es prácticamente sólida (con varias excepciones). Por otro lado, los individuos sospechosos de ser híbridos de I. graellsii e I. elegans están representados con formas intermedias de ambos colores, siempre menor al 90% de uno de los dos grupos. Fuente: Sánchez-Guillén et al. 2011.


El lector puede preguntarse ¿qué pasará con los nuevos híbridos? De esta gran pregunta, sabemos muy poco. Estudios previos por una de nosotros (RASG) indican que muchos híbridos actuales de libélulas no tan sólo ocurren en la naturaleza, sino que son perfectamente viables e incluso se aparean con sus especies parentales, desplazando los acervos genéticos de esas especies (Figura 4). Sin embargo, los efectos a micro-escala (por ejemplo, interacciones entre miembros del sexo opuesto, depredadores, enfermedades, entre otros) y macro-escala (por ejemplo, a nivel comunitario), los desconocemos totalmente, pero son un campo nuevo de investigación. 

Algunas de las preguntas que más nos inquietan ahora son: 1) ¿Cuál es el riesgo de extinción de una especies y de las poblaciones que la forman una vez que se da la hibridación? Esta pregunta tiene parte que ver con la capacidad competitiva de las especies parentales y de los híbridos, y aunque se pueden hacer algunos ensayos en el laboratorio, ciertamente las condiciones naturales (es decir, “allá afuera”) implican particularidades que casi imposibles de imitar en el laboratorio, y por lo tanto es muy difícil hacer predicciones y extrapolaciones. Un caso de esto último es la interacción con depredadores, lo cual no podemos predecir en situaciones de cambio climático. Por ejemplo, aunque conocemos bien a algunos depredadores, estos no se pueden mantener en el laboratorio. 

Figura 5. A. Mapa de la distribución de Crocothemis erythraea incluyendo regiones de Alemania, Francia y Luxemburgo. Las equis representan los sitios en donde se encontraba C. erythraea antes de 1989, mientras que los puntos representan su distribución a partir de 1990. B. Fotografía de un macho adulto de C. erythraea. Fuente: Ott, J. 2007. 2) 


¿Habrá una especie de desarreglo a nivel de ensamble de comunidades?. Es decir, sabemos que las comunidades están más o menos establecidas con roles determinados (nichos) para cada especie, pero carecemos de información sobre la “desestabilización” en el sistema en el caso del cambio global, sobretodo en el caso de insectos. Por ejemplo, cuando uno se acerca a un río, y ve montones de libélulas diferentes, no sabemos si la llegada de una especie diferente afecta la presencia del resto. Un ejemplo importante es el de la libélula Crocothemis erythraea (Figura 5), una especie que ha incrementado su área de distribución de una manera alarmante. Por ejemplo, en tan sólo 23 años, de vivir solamente en el norte de África y el mediterráneo italiano, prácticamente invadió y se asentó en todos los cuerpos de agua (como lagos y lagunas) de Alemania, potencialmente desplazando a varias especies. Probablemente, en términos de biodiversidad, no nos preocupa mucho si las especies desplazadas llegan a otros sitios y subsisten sin problema. Sin embargo, existe un riesgo de extinción para las especies con áreas de distribución muy pequeñas, que no podrán extenderse a otras regiones. Algunos casos que hemos detectado son de especies tropicales con áreas de distribución muy restringida. Estas especies, por ejemplo, viven en zonas altas de bosque mesófilo, rodeadas de selvas en las zonas bajas.

¿Es este patrón de hibridación algo que sólo les pasará a las libélulas o estamos hablando de un principio más general? Creemos que estos resultados son extrapolable a cualquier ectotermo, lo cual no tan sólo incluye insectos, sino grupos animales taxonómicos tan lejanos como los reptiles. La tasa de hibridación, no la conocemos y seguramente cambia entre grupos y entre especies. Una situación alarmante será el de especies plagas o vectores de enfermedades, ya que no sabemos qué tan terribles serán los híbridos en términos de su capacidad de transmisión de enfermedades. Un ejemplo es el de la chinche que transmite el protozoario responsable de la enfermedad de Chagas, un padecimiento típico de Latinoamérica. Hay más de cien especies de chinches que transmiten el protozoario al humano de las cuales algunas se sabe pueden híbridar. No es atrevido pensar que una vez que se modifiquen las áreas de distribución de todas estas especies, surjan más híbridos pero es una incógnita si esto tendrá como consecuencia una tasa mayor de trasmisión del protozoario.

Sin duda, habrá que pensar con cuidado qué haremos para cada consecuencia derivada de tener nuevas especies en una localidad, aunque estas sean por vía de híbridos. En fin, una razón más para poner nuestro grano de arena y tratar de aminorar el ritmo hacia un mundo más caliente.

Para saber más


Garroway C., J. Bowman, T. Cascadenz, G. Holloways, C. Mahan, J. Malcolm, M. Steele, G. Turner y P. Wilson. 2010. The genetic signature of rapid range expansion by flying squirrels in response to contemporary climate warming. Global Change Biology 16: 113-121
Ott, J. 2007. The expansion of Crocothemis erythraea (Brullé, 1832) in Germany, an indicator of climatic changes. In: Tyagi, B.K. (Ed.) (2007): Biology of dragonflies - Odonata. pp: 201-222.
Ott, J. 2010. The big trek northwards: recent changes in the European dragonfly fauna. Atlas of Biodiversity Risk, pp 82-83, Pensoft, Publishers.
Parmesan, C.N. 2006. Ecological and evolutionary responses to recent climate change. Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics 37: 637-636.
Sánchez-Guillén RA, Wellenreuther M, Cordero-Rivera A y Hansson B. 2011. Introgression and rapid species turnover in sympatric damselflies. BMC Evolutionary Biology. 11:210.


Autores


Alejandro Córdoba A. es investigador del Instituto de Ecología con intereses en temas como selección sexual, inmunidad, control hormonal y biología de la conservación de insectos.



Rosa Ana Sánchez Guillén



Fue becaria postdoctoral con Alex Córdoba Aguilar. Sus intereses son las barreras de aislamiento y biología de la conservación de insectos.
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