Cuando el naturalista Charles Darwin entró en las Islas Galápagos en 1835, se encontró con un pájaro que provocó una teoría revolucionaria sobre cómo se originan las nuevas especies. De isla en isla, los pinzones tenían diseños de picos muy variados que reflejaban sus variadas dietas.Los pinzones de Darwin son un emblema de la radiación adaptativa, que describe cuándo los organismos de un solo linaje desarrollan diferentes adaptaciones en respuesta a competidores o depredadores.
Los científicos piensan que la radiación adaptativa genera gran parte de la biodiversidad en la Tierra, pero la mayoría de los estudios se centran en grupos que ya se han diversificado. Un nuevo estudio adoptó el enfoque opuesto.
Los biólogos de la Universidad de Utah activaron experimentalmente la radiación adaptativa; utilizaron parásitos específicos del huésped aislados en "islas" individuales de palomas. Los científicos demostraron que los descendientes de una sola población de piojos de plumas se adaptaron rápidamente en respuesta al acicalamiento, la principal defensa de las palomas.Descubrieron que el acicalamiento impulsa un camuflaje rápido y divergente en los piojos de las plumas Columbicola columbae transferido a palomas de roca de diferentes colores Colombia livia .Durante cuatro años y 60 generaciones, los piojos desarrollaron diferencias de color heredables que abarcaron la gama de colores completa del género de piojos que se encuentra en 300 especies de aves en todo el mundo.
"Los cambios en el color que vimos son tan claros como las especies más claras y tan oscuros como las especies más oscuras en todo el género, y este género ha estado evolucionando durante millones de años", dijo Sarah Bush, profesora asociada de biologíaen la U y autor principal del artículo: "Los cambios y la selección que ocurren día a día son los mismos patrones que vemos durante millones de años".
Este es el primer estudio que muestra que los cambios evolutivos que ocurrieron dentro de una sola especie microevolución se hicieron eco de los cambios de color entre las diferentes especies que divergieron hace millones de años macroevolución.
"La gente ha intentado unir la micro y macro evolución por mucho tiempo", dijo Dale Clayton, profesor de biología en la U y coautor del artículo. "Este estudio realmente lo hace. Eso es un gran problema"."
El estudio publicado en línea el 5 de marzo en la revista Cartas de evolución .
isla parásita
La radiación adaptativa es famosa en los archipiélagos. Desde las platas hawaianas hasta las lagartijas caribeñas, los linajes de plantas y animales se diversifican rápidamente cuando el océano limita el flujo y el movimiento de genes entre los accidentes geográficos. Los parásitos están restringidos a especies hospedantes individuales y probablemente se adapten y diversifiquen como organismos restringidos a las islasLa defensa del huésped parece ser el principal impulsor de la radiación adaptativa en los parásitos, sin embargo, los científicos nunca han probado esta hipótesis experimentalmente.
El equipo trabajó con un sistema huésped-parásito que fue excepcionalmente fácil de manipular: palomas de roca C. livia y sus piojos de plumas C. columbae .Los piojos del tamaño de una semilla de sésamo son especialistas en plumas;nunca tocan la piel del ave y tienen bacterias intestinales especiales para digerir las plumas ricas en queratina.Las palomas se defienden principalmente al acicalarse y los piojos se esconden de los picos curiosos haciendo coincidir el color de las plumas, una estrategia conocida como coloración críptica.
Para probar si el acicalamiento impulsó la evolución de la coloración críptica, el equipo necesitaba demostrar que estaban sucediendo tres cosas: primero, que había una presión selectiva que impulsaba los cambios de color. Segundo, que había variación genética para diferentes fenotipos de colorTercero, que el cambio de color debía ser heredable, transmitido de padres a hijos.
¿El acicalamiento es una presión selectiva? ¿Variación genética? ¡Verificar!
Primero, los biólogos demostraron que las aves estaban acicalando visualmente los piojos. Sospechaban que este era el caso: en 2010, Bush dirigió un estudio que encontró que las aves con plumas claras tienen piojos de colores claros y las aves con plumas oscurastenían piojos de color oscuro. Para el estudio actual, los biólogos comenzaron con una sola población de piojos de plumas y se pintaron la espalda con pintura similar a esmalte de uñas: la mitad con pintura negra y la otra mitad con pintura blanca. Luego distribuyeron uniformemente los piojos a ochopalomas negras y ocho palomas blancas, deje que las aves se preparen durante 48 horas antes de contar cuántos piojos blancos y negros quedaron en las palomas.
Descubrieron que los piojos pintaban el color "incorrecto" - piojos negros sobre plumas blancas y viceversa - tenían un 40 por ciento más de probabilidades de ser cortados que los piojos de color críptico. Luego hicieron el mismo experimento pero con palomas blancas y negrasquienes no pudieron acicalarse usando pedazos de plástico inofensivos en sus picos. Después de 48 horas, descubrieron que las aves con acicalamiento deteriorado no tenían diferencia entre los piojos crípticos y conspicuos en sus plumas. Esto demostró que acicalarse era una presión selectiva para la supervivencia de los piojos.
Para probar si el acicalamiento selecciona para diferentes colores de piojos, infestaron 96 palomas de roca sin piojos con piojos sin pintar: 32 palomas blancas, 32 negras y 32 grises recibieron 25 piojos cada una. Dentro de cada color, la mitad de las aves se atiborraron normalmentemientras que la mitad usaba las partes que perjudicaban el acicalamiento. Los piojos permanecieron en estas aves durante todo el transcurso del experimento: cuatro años, lo que resultó en unas 60 generaciones de crías. Cada seis meses, los biólogos tomaron muestras de los piojos y tomaron fotografías para analizar la luminosidad.la relativa claridad u oscuridad de los parásitos, luego vuelva a colocarlos en las aves.
La luminosidad de los piojos en las palomas blancas y negras cambió significativamente en relación con el color de los piojos en las palomas grises de control: los piojos en las palomas blancas se volvieron dramáticamente más claros, mientras que los piojos en las aves negras se oscurecieron. Al final del experimento, los piojos más ligeros de las palomas blancas eran tan ligeros como las especies de piojos más ligeras de todo el género.
"Mira la gama de colores. ¡Quiero decir que simplemente salió mal! La gama de colores se superpone con otras especies de piojos en solo cuatro años", dijo Clayton. "En comparación con el tiempo evolutivo, eso no es ni siquiera el murciélago".
¿Es heredable el cambio de color? ¡Verificar!
Para probar si los cambios de color eran heredables, Bush y el equipo necesitaban verificar que la descendencia de los piojos tuviera un color similar al de sus padres. Tomaron piojos de 12 palomas que podían acicalarse normalmente y los colocaron en palomas grises para reproducirsePrimero, necesitaban distinguir a los padres de sus hijos.
Entonces, le dieron a los piojos pequeños cortes de pelo. El coautor Scott Villa, un ex investigador postdoctoral en la U que ahora es becario postdoctoral en el Departamento de Biología de la Universidad de Emory, marcó permanentemente los piojos padres usando unas tijeras pequeñas pararecortar las cerdas minúsculas, llamadas setas, de un lado de los piojos. Luego los pusieron con estos cortes de pelo únicos en 12 palomas grises con atenuación deteriorada y esperaron 48 días. Luego fotografiaron y analizaron los colores de los padres y luegodescendencia, que no tenía cortes de pelo.
La luminosidad de los padres estaba altamente correlacionada con la luminosidad de la descendencia, lo que significa que el color era heredable.
El impacto está más allá de los piojos
Aunque los científicos esperaban que el acicalamiento eventualmente condujera a un camuflaje divergente en los piojos, se sorprendieron de lo rápido que ocurrieron los cambios. Esto probablemente se aplica a otros patógenos que se diversifican en respuesta a las defensas del huésped, incluidos los patógenos humanos que responden a nuestro sistema inmunológico.
"Lo bueno de este proyecto es que lo que estamos observando en términos de respuesta evolutiva no es exclusivo de los piojos, se aplicaría a cualquier cosa con ADN", dijo Bush.
Los biólogos están trabajando en un segundo experimento en el que colocan piojos de plumas en razas de palomas de diferentes tamaños para ver si el acicalamiento selecciona piojos de diferentes tamaños. Los piojos pueden desarrollar tamaños divergentes tan extremos que son incapaces de aparearse, un hecho significativopaso en el origen de una nueva especie. Estén atentos.
Juan C. Altuna y Michael D. Shapiro de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad de Utah, y Kevin P. Johnson de la Universidad de Illinois en Urbana Champaign también contribuyeron a este estudio. Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de CienciasDEB- 0107947 y DEB-1342600.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Utah . Original escrito por Lisa Potter. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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