Las flores silvestres de California sobreviven a la sequía y las intrigas “insuperables”

Durante la peor sequía de California en 1200 años, algunas poblaciones de flores silvestres desafiaron las probabilidades y sobrevivieron la terrible experiencia. Los investigadores dicen que creen que estas flores se basaron en un tipo de evolución genética acelerada: es la primera vez que se documenta un fenómeno de este tipo en la naturaleza.

La sequía se produjo entre 2012 y 2015 y mató a más de 100 millones de árboles. Fue un período particularmente brutal durante una megasequía en curso que comenzó en 2000 y ha empeorado por el cambio climático. Aunque la sequía mató a plantas normalmente resistentes a la sequía, la flor de mono escarlata, una flor silvestre de color rojo brillante que prospera en áreas húmedas y a lo largo de lechos de arroyos y manantiales, mostró una resiliencia notable.

Un equipo de investigadores pasó ocho años estudiando 55 poblaciones de la flor silvestre, cuyo nombre científico es Mimulus cardinalis, monitoreando su número en la naturaleza y secuenciando los genomas de las flores para revelar cambios genéticos.

“Pudimos demostrar que estas poblaciones en California estaban disminuyendo debido a esta sequía extrema, y ​​encontramos evidencia de una rápida evolución en todo el genoma”, dijo Daniel Anstett, profesor asistente en la Escuela de Ciencias Vegetales Integrativas de la Universidad de Cornell y primer autor de un estudio sobre los hallazgos, publicado el jueves en la revista Science. “Y luego pudimos relacionar una métrica de esta evolución con la capacidad de estas poblaciones para recuperarse y no extinguirse”.

Aunque la especie en su conjunto no estaba en riesgo de extinción, las poblaciones de flores individuales probablemente sí lo estaban, sufriendo disminuciones de hasta el 90% en comparación con los tamaños máximos de población. Según Anstett, estas poblaciones tardaron entre dos y tres años en recuperarse.

Un arroyo de California está poblado de flores de mono, que fueron estudiadas en una investigación recientemente publicada • Daniel Anstett

Esta rápida recuperación es un proceso que los biólogos llaman rescate evolutivo, que ocurre cuando una especie logra recuperarse de la amenaza de extinción provocada por un factor externo, como una sequía, explicó Anstett. “El rescate evolutivo se produce cuando los pocos individuos que quedan tienen la estructura genética adecuada para hacerlo mejor que los que murieron, de modo que prosperen en estas nuevas condiciones y la población se aleje gradualmente de la extinción”, dijo.

El rescate evolutivo se ha demostrado en entornos de laboratorio, pero hasta ahora los investigadores solo han tenido observaciones parciales en la naturaleza: en la resistencia al cáncer en los demonios de Tasmania y en la adaptación a la contaminación en los peces de aguas profundas. Sin embargo, estos estudios no proporcionaron evidencia completa de que el proceso estuviera ocurriendo.

Este estudio, dijo Anstett, ofrece evidencia rigurosa de que se produjo una evolución que condujo a una recuperación demográfica. “Teníamos mucha información sobre la demografía y los genes de las flores silvestres, lo que proporcionó información más sólida de que, en última instancia, se estaba produciendo un rescate evolutivo”.

Scarlet Monkey Flower es una hierba perenne, lo que significa que vuelve a brotar cada temporada de las mismas raíces. Es polinizado por colibríes y puede crecer hasta 90 centímetros de alto y 90 centímetros de ancho.

“Esta planta se encuentra en arroyos de California, Baja California y el sur de Oregón, que generalmente son pequeños arroyos con flujo de agua estacional que atraviesan el hábitat”, dijo Anstett. “Realmente necesita esta agua corriente para completar su ciclo de vida y poder crecer hasta producir semillas, por lo que es un gran indicador de sequía”.

Cuando llega una sequía, explicó Anstett, el agua deja de fluir, por lo que la planta tiene dos opciones: crecer rápidamente y producir flores y semillas antes de que la sequía comience definitivamente, o crecer mucho más lentamente y tal vez sobrevivir un año más. Esta última estrategia fue la que utilizaron las flores silvestres.

“Lo que observamos fue que las plantas en realidad se desarrollaban más lentamente y se adaptaban mejor, vivían más y crecían menos, lo que se llama estrategia para evitar la sequía”, dijo Anstett.

Para comprender el proceso, los investigadores monitorearon las poblaciones de flores silvestres en 19 sitios, que fueron visitados anualmente para evaluar si las plantas sobrevivieron o murieron. Luego recolectaron semillas de las plantas, las cultivaron en el laboratorio y trituraron las hojas de las plantas cultivadas para extraer el ADN.

Un investigador trabaja en uno de los sitios seleccionados para el estudio • Amy Angert

Luego, el ADN se utilizó para secuenciar el genoma de la planta: sus instrucciones genéticas. “Pudimos observar esta rápida evolución en siete años”, dijo Anstett, añadiendo que las mutaciones genéticas que la planta utilizó para volverse resistente a la sequía no eran nuevas, sino que probablemente se desarrollaron hace mucho tiempo. Las plantas que portaban estos rasgos resistentes a la sequía pudieron sobrevivir y transmitir estas mutaciones a través de semillas.

La siguiente etapa del estudio, que según Anstett podría durar 30 o 40 años, es ver si estas mutaciones que permitieron a las plantas sobrevivir a la megasequía seguirán siendo beneficiosas o perjudiciales para las plantas si la sequía termina.

Más evidencia de rescate evolutivo no hace que la sequía o el cambio climático sean menos preocupantes, pero sí sugiere que puede haber más plantas o animales capaces de demostrar resiliencia en condiciones extremas. Para que esto suceda, la diversidad genética es clave, lo que significa que los esfuerzos de conservación para mantener las poblaciones de plantas lo más dispersas posible siguen siendo cruciales.

Se cultivaron plantas de flores de mono en el laboratorio a partir de semillas recolectadas en la naturaleza • Daniel Anstett

“La cantidad de variación genética puede ser crucial para esta adaptación”, dijo Anstett. “Este es un consejo para los biólogos conservacionistas: intenten mejorar la cantidad de variación genética y la conectividad entre hábitats para que los organismos puedan volverse más resistentes a una variedad de factores estresantes”.

Ver animales con características únicas en la naturaleza.

Demostrar que el rescate evolutivo ocurre en la naturaleza e identificar los genes específicos responsables de ello ha sido un objetivo importante y destacado en biología evolutiva y de conservación, dijo en un correo electrónico David Field, profesor asociado de biociencias aplicadas en la Universidad Macquarie en Australia. Field no participó en el nuevo estudio.

“Los investigadores utilizaron un elegante experimento para demostrar que el rescate evolutivo efectivamente ocurre en la naturaleza durante nuestra vida”, escribió en un correo electrónico, y agregó que el estudio proporciona una demostración importante de las posibilidades de utilizar experimentos similares para ayudar en los esfuerzos de conservación de especies en peligro de extinción en todo el mundo.

La flor del mono escarlata, o Mimulus cardinalis, también se conoce como Erythranthe cardinalis, tras una reclasificación botánica de la especie. • Seema Sheth

Otros investigadores que tampoco participaron en la investigación expresaron opiniones igualmente positivas: “Este es un estudio muy importante”, dijo en un correo electrónico Diane Campbell, profesora emérita de ecología y biología evolutiva de la Universidad de California, Irvine. “Proporciona pruebas excepcionalmente sólidas de que un proceso conocido principalmente por la teoría puede ayudar a las poblaciones de plantas silvestres a recuperarse de las crecientes sequías predichas por el cambio climático en áreas con clima mediterráneo”.

Una de las principales preguntas que preocupa a los botánicos es si las plantas podrán evolucionar a tiempo para sobrevivir a las sequías extremas que se prevé que empeorarán con el cambio climático, dijo Isaac Lichter Marck, investigador botánico de la Academia de Ciencias de California. “Cuando se enfrentan a una sequía extrema, los animales pueden moverse, adaptarse o morir, pero las flores silvestres tienen sus raíces en el mismo lugar, lo que les deja una lista mucho más corta: adaptarse o morir”, escribió en un correo electrónico.

El estudio es un modelo crucial para utilizar la genómica para predecir qué especies de flores silvestres son vulnerables a la extinción como resultado del cambio climático, continuó. Pero también plantea otras preocupaciones: “Presiones como la pérdida de hábitat y las especies invasoras están erosionando la variación genética en la naturaleza. Como muestra esta investigación, la pérdida de variación genética podría exacerbar aún más las ya alarmantes amenazas del cambio climático”.

Jeff Diez, profesor asociado del departamento de biología de la Universidad de Oregon, dijo en un correo electrónico que la investigación representa un verdadero avance y destaca por su alcance. “Lo preocupante es que fue necesario un esfuerzo extraordinario para demostrarlo en una sola especie”, añadió.

“Si queremos entender cómo responderán al cambio climático comunidades enteras de especies que interactúan, necesitamos evaluar el potencial evolutivo de un número mucho mayor de especies, y ciertamente habrá una enorme variación en qué especies pueden evolucionar lo suficientemente rápido”.

En resumen, concluyó, el estudio contiene el mensaje genuinamente esperanzador de que algunas plantas silvestres pueden evolucionar lo suficientemente rápido como para sobrevivir al cambio climático. “Pero también trae consigo un humilde recordatorio de cuánto aún no sabemos”.