El estudio del mono aullador examina los mecanismos de formación de nuevas especies

Un nuevo estudio de la Universidad de Michigan sobre el entrecruzamiento entre dos especies de monos aulladores en México está proporcionando información sobre las fuerzas que impulsan la evolución de nuevas especies.

¿Cómo surgen nuevas especies en la naturaleza? Una versión común pero demasiado simplificada de la historia es la siguiente: una población de animales o plantas queda aislada geográficamente, por ejemplo, por un río que cambia de curso o por una cordillera que se eleva, por ejemplo, y los dos grupos separados acumulan diferencias genéticas Con el tiempo se adaptan a sus entornos de forma aislada.

Finalmente, el ADN de los dos grupos es tan diferente que las dos poblaciones se consideran especies distintas. Voilà, ha ocurrido la especiación.

En realidad, el proceso es mucho más complejo que eso. Si bien el aislamiento geográfico puede iniciar el proceso de especiación, los biólogos evolutivos creen que otras fuerzas, incluidas varias formas de selección natural, pueden ayudar a completarla.

El nuevo estudio de UM proporciona una evidencia empírica rara de que múltiples formas de selección natural, incluida una contenciosa llamada refuerzo, están ayudando a completar el proceso de especiación en una “zona híbrida” de mono aullador natural, un lugar donde las dos especies coexisten y ocasionalmente se cruzan en Un proceso llamado hibridación.

El estudio está programado para su publicación en línea el 22 de diciembre en la revista Ecología Molecular. En el documento, los investigadores usan la zona híbrida de primates para identificar partes del genoma que probablemente contengan genes de la especiación subyacente y para detectar señales de las fuerzas de selección que las formaron.

“Observamos patrones en los datos genéticos que sugieren que la hibridación está desempeñando un papel directo en completar el proceso de especiación al mejorar las diferencias genéticas entre las especies”, dijo la candidata doctoral U-M Marcella Baiz, primera autora del estudio. Las otras autoras son Liliana Cortés-Ortiz y Priscilla Tucker, del Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la U-M.

“Encontramos una señal para las múltiples formas de selección natural que impulsan las diferencias de especies, incluido el refuerzo, un proceso que ha sido muy debatido”, dijo Baiz. “Este resultado es particularmente notable porque la evidencia empírica de refuerzo es extremadamente rara, especialmente la evidencia genética”.

Las dos especies en el centro del estudio, monos aulladores con mantas y monos aulladores negros, se separaron hace unos 3 millones de años y vivieron separados hasta hace relativamente poco tiempo cuando volvieron a entrar en contacto, quizás en los últimos 10.000 años, en aproximadamente 12 – Zona híbrida de una milla en el estado de Tabasco, sureste de México.

Una especie se definió una vez como un grupo de individuos en realidad o potencialmente entrecruzados que están aislados reproductivamente de otros grupos similares. El concepto de aislamiento reproductivo es clave para esa definición y significa que, a pesar de cualquier hibridación, las verdaderas especies mantienen su singularidad.

Sin embargo, la visión moderna de lo que es una especie no requiere un aislamiento reproductivo completo, y se ha descubierto que la hibridación es bastante común en la naturaleza.

En la zona híbrida de monos aulladores en México, donde Cortés-Ortiz de U-M y sus colegas han trabajado durante aproximadamente dos décadas, el análisis de las muestras de ADN ha confirmado que los monos aulladores negros y acolchados se cruzan y producen descendencia híbrida. El hecho de que se esté produciendo una hibridación entre los dos grupos significa que el aislamiento reproductivo está incompleto.

Los biólogos evolutivos creen que varias presiones de selección natural pueden ayudar a completar el proceso al fortalecer las barreras al flujo de genes entre dos grupos, empujándolos hacia el aislamiento reproductivo completo.

Y debido a que la selección natural favorece a los organismos que se reproducen con éxito sobre los que no lo hacen, está predispuesta contra los híbridos, que a veces mueren antes de reproducirse o simplemente son incapaces de reproducirse.

La selección natural trata de bloquear la formación de estos híbridos “no aptos”. Una forma de hacerlo es aumentar gradualmente las diferencias genéticas entre dos grupos de organismos, en este caso monos aulladores negros y con mantos, de modo que les sea más difícil aparearse y producir descendencia híbrida.

Mientras se trabaja para frustrar la formación de híbridos de esta manera, la selección natural fortalece el aislamiento reproductivo al aumentar las diferencias genéticas. Este proceso se llama refuerzo; Si bien la idea ha existido durante más de un siglo, la evidencia empírica para respaldarla es escasa.

Para probar la presencia de refuerzo, Baiz y sus colegas compararon el ADN de los monos aulladores negros y con manto que viven en la zona híbrida de Tabasco con el ADN de los monos aulladores negros y con manto que viven lejos de la zona híbrida.

Si el refuerzo está trabajando para frustrar la hibridación y fortalecer el aislamiento reproductivo, entonces las diferencias genéticas entre las dos especies en la zona híbrida deberían ser mayores que las diferencias genéticas entre los monos de estas dos especies que viven a ambos lados de la zona híbrida.

Y eso es exactamente lo que Baiz y sus colegas encontraron cuando compararon los marcadores genéticos que se encuentran en o cerca de los genes probablemente asociados con el aislamiento reproductivo.

“La especiación es un proceso complejo que puede ser impulsado por mecanismos directos e indirectos que interactúan para mantener y fortalecer el proceso, y este estudio es uno de los pocos ejemplos naturales que lo documenta”, dijo Baiz.


Revelando cómo las plantas se ramifican para acceder al agua

Una nueva investigación ha descubierto cómo las raíces de las plantas perciben la disponibilidad de humedad en el suelo y luego adaptan su forma para optimizar la adquisición de agua.

El descubrimiento podría permitir el cultivo de cultivos que sean más adaptables a los cambios en las condiciones climáticas, como la escasez de agua, y ayudar a garantizar la seguridad alimentaria en el futuro.

Estos hallazgos, publicados en la revista. CienciaDescriba un nuevo mecanismo molecular descubierto por equipos colaboradores en las universidades de Nottingham y Durham, financiado principalmente por un premio conjunto del BBSRC.

Las raíces son críticas para que las plantas adquieran agua y nutrientes solubles del suelo. El agua es esencial para el crecimiento de las plantas, pero las condiciones climáticas cambiantes hacen que la adquisición de humedad del suelo sea aún más difícil. Las plantas pueden adaptarse a diferentes condiciones de humedad del suelo al alterar su arquitectura de la raíz, pero hasta ahora no se entendía cómo se hace esto.

Las ramas de la raíz solo se forman cuando están en contacto directo con la humedad del suelo mediante una respuesta adaptativa denominada “hidropatternación”. El profesor Malcolm Bennett, de la Universidad de Nottingham, y el profesor Ari Sadanandom, del Departamento de Biociencias de la Universidad de Durham, descubrieron que el hidratamiento está controlado por un gen maestro de ramificación llamado ARF7. Sus equipos observaron que las raíces de las plantas que carecían de ARF7 ya no podían hidratarse. Los investigadores concluyeron que cuando las raíces se exponen a la humedad, ARF7 permanece activo y promueve la ramificación de la raíz, pero cuando se expone al aire, el ARF7 se modifica e inactiva, bloqueando la ramificación de la raíz.

El profesor Sadanandom explicó: “Las plantas son relativamente inmóviles y, por lo tanto, su crecimiento y desarrollo dependen en gran medida de su entorno. Nuestra investigación ha identificado la proteína particular que puede modificar e incluso inactivar la ramificación de la raíz, lo que limita el crecimiento y el desarrollo de la planta.

“Esto es muy emocionante, ya que nos abre la posibilidad de adaptar esta interacción de proteínas y potencialmente desarrollar plantas que podrían continuar ramificando incluso en condiciones difíciles como la escasez de agua”.

El profesor Bennett concluyó: “El agua es fundamental para el crecimiento, desarrollo y, en última instancia, su supervivencia de las plantas. Sorprendentemente, la comprensión de cómo las plantas perciben la disponibilidad de agua hasta ahora ha sido ignorada por los científicos. Al estudiar cómo las raíces de las plantas modifican su ramificación en respuesta a la disponibilidad de agua, hemos “descubrió un nuevo mecanismo molecular. Esto representa un gran paso adelante y abre el camino para que los mejoradores desarrollen nuevos cultivos que se adapten mejor al cambio climático y ayuden a brindar seguridad alimentaria mundial”.

La seguridad alimentaria representa un problema global acuciante. La producción de cultivos debe duplicarse para 2050 para seguir el ritmo del crecimiento de la población mundial. Este objetivo es aún más desafiante dado el impacto del cambio climático en la disponibilidad de agua y el impulso para reducir los insumos de fertilizantes para hacer que la agricultura sea más ambientalmente sostenible. En ambos casos, el desarrollo de cultivos con agua mejorada y eficiencia de absorción de nutrientes proporcionaría una solución.