Maravillas de las profundidades marinas: cómo el rape desafía las expectativas evolutivas

Un estudio de la Universidad Rice arroja luz sobre la extraordinaria evolución del rape, un grupo de habitantes de las profundidades marinas cuyas extrañas adaptaciones han cautivado tanto a los científicos como al público en general. La investigación, publicada en Naturaleza, Ecología y Evolucióndescubre cómo estas enigmáticas criaturas desafiaron las probabilidades para diversificarse en el duro entorno pobre en recursos de la zona batipelágica, parte del océano abierto que se extiende desde 3300 a 13000 pies debajo de la superficie del océano.

Dirigido por un equipo de biólogos que incluía a Kory Evans de Rice y su ex estudiante universitaria Rose Faucher, el estudio analizó el viaje evolutivo del rape (Lophiiformes) en su transición de los hábitats del fondo marino a las aguas abiertas de las profundidades marinas.

Mediante análisis genéticos de vanguardia e imágenes en 3D de especímenes de museo, los investigadores reconstruyeron el árbol evolutivo del rape e identificaron las innovaciones morfológicas que permitieron a estos animales prosperar en un entorno considerado uno de los más desafiantes de la Tierra.

El rape es mejor conocido por sus señuelos bioluminiscentes, que cuelgan de sus frentes para atraer a sus presas en la perpetua oscuridad de las profundidades del mar. Sin embargo, su historia evolutiva va mucho más allá de esta sorprendente adaptación.

El estudio revela que el rape pelágico de aguas profundas (ceratioides) se originó a partir de un ancestro bentónico o que habitaba en el fondo marino. Este antepasado vivió en el talud continental antes de hacer la transición a las aguas abiertas de la zona batipelágica en una transición que sentó las bases para un rápido cambio evolutivo. Luego, los ceratioides desarrollaron características como mandíbulas más grandes, ojos más pequeños y cuerpos comprimidos lateralmente, adaptaciones adaptadas a la vida en un entorno con alimentos limitados y sin luz solar.

Sin embargo, a pesar de estas tendencias direccionales, los ceratioides también mostraron una notable variabilidad en las formas del cuerpo, desde el arquetípico rape globoso hasta formas alargadas como el fenotipo «trampa de lobos», que presenta una estructura de mandíbula que se asemeja a una trampa.

Este hallazgo es el más sorprendente del estudio, ya que la zona batipelágica no limitó la evolución como se esperaba a pesar de su aparente falta de diversidad ecológica. En cambio, el rape logró altos niveles de disparidad fenotípica, mayores que sus parientes bentónicos tanto en aguas poco profundas como profundas. Esto sugiere que, en lugar de verse limitados por los desafíos ambientales de las profundidades marinas, los ceratioides exploraron nuevas posibilidades evolutivas, diversificando sus formas corporales y estrategias de caza.

«Con sus características únicas, como señuelos bioluminiscentes y grandes aberturas orales, el rape de aguas profundas puede ser uno de los pocos ejemplos documentados de radiación adaptativa en la zona batipelágica de recursos limitados», dijo Evans, coautor correspondiente del artículo y asistente. profesor de biociencias.

«Estos rasgos probablemente dieron al rape una ventaja a la hora de explotar recursos escasos y navegar en las condiciones extremas de su entorno, aunque no tenemos pruebas sólidas que vinculen directamente esta diversidad con este tipo de especialización de recursos».

Evans señaló que la investigación deja espacio para la posibilidad de que procesos no adaptativos, como la selección relajada o las mutaciones aleatorias, también pudieran haber contribuido a la variabilidad observada.

Los investigadores también compararon clados de rape en diferentes hábitats y encontraron resultados más inesperados. Las especies costeras como el pez sapo, que vive en ambientes de arrecifes de coral diversos y productivos, exhibieron tasas de cambio evolutivo mucho más bajas que sus contrapartes en las profundidades del mar.

«La idea de que un entorno homogéneo y pobre en recursos, como estar rodeado por todos lados por nada más que agua, produciría diversos planos corporales y craneales es realmente contradictoria en este campo», dijo Faucher, coautor del artículo. junto con Elizabeth Christina Miller, becaria postdoctoral de la Universidad de California, Irvine.

«Cuando los peces tienen diferentes características con las que interactuar, como corales y plantas en aguas poco profundas o arena y rocas en el fondo marino, es cuando esperaríamos que los peces tuvieran mucha variación en la forma. En cambio, lo estamos viendo en estas profundidades. -peces marinos que no tienen nada más que agua para interactuar.»

Los investigadores utilizaron una combinación de métodos avanzados para realizar este estudio. Construyeron una filogenia del rape utilizando datos de 1.092 loci genéticos en 132 especies, que representan aproximadamente el 38% de las especies descritas, complementadas con calibraciones fósiles y datos genómicos para estimar los tiempos de divergencia y los hábitats ancestrales.

Se recopilaron datos morfológicos de especímenes de museo, incluidas medidas corporales lineales y análisis de la forma del cráneo en 3D mediante exploraciones por micro-CT. Para evaluar las tendencias evolutivas, los investigadores aplicaron métodos comparativos filogenéticos para evaluar la diversificación fenotípica y de linaje, mientras que los análisis de disparidad cuantificaron el alcance de la variación morfológica entre los clados y hábitats del rape.

Luego emplearon modelos bayesianos para reconstruir hábitats ancestrales, revelando que los ceratioides se originaron a partir de ancestros bentónicos antes de pasar a la zona pelágica. Finalmente, los análisis de componentes principales visualizaron cómo el rape ocupaba diferentes regiones del espacio fenotípico, arrojando luz sobre las tendencias evolutivas en las formas del cuerpo, el cráneo y la mandíbula.

«El rape es un ejemplo perfecto de cómo la vida puede innovar bajo limitaciones extremas», dijo Evans. «Este trabajo no sólo mejora nuestra comprensión de la biodiversidad de las profundidades marinas, sino que también ilustra la resiliencia y la creatividad de la evolución».

La importancia de este estudio se extiende más allá de la historia evolutiva del rape. Proporciona información valiosa sobre cómo la vida se adapta a entornos extremos. Las profundidades marinas son uno de los ecosistemas menos comprendidos de la Tierra, pero desempeña un papel fundamental en la biodiversidad global y el ciclo del carbono del planeta. Comprender cómo organismos como el rape prosperan en tales condiciones ayuda a los científicos a predecir cómo podría responder la vida a los cambios ambientales, incluidos los causados ​​por el cambio climático.

Además, el estudio aborda cuestiones más amplias de la macroevolución: cómo surgen, se adaptan y diversifican nuevas especies. Al mostrar que incluso los entornos con pocos recursos pueden fomentar una radiación evolutiva significativa, la investigación desafía la sabiduría convencional y abre nuevas vías para estudiar la evolución en hábitats extremos.