Crustáceos de décadas de antigüedad extraídos del lodo del lago revelan secretos genéticos que revelan la evolución en acción

Las acciones humanas están cambiando el medio ambiente a un ritmo sin precedentes. Las poblaciones de plantas y animales deben tratar de mantenerse al día con estos cambios acelerados por el hombre, a menudo tratando de desarrollar rápidamente la tolerancia a las condiciones cambiantes.

Los investigadores de la Universidad de Oklahoma Lawrence Weider, profesor de biología, y Matthew Wersebe, candidato a doctorado en biología, han demostrado una rápida evolución en acción al secuenciar los genomas de una población de Daphnia pulicaria, un crustáceo acuático, de un lago contaminado.

La investigación, que se realizó como parte de la tesis doctoral de Wersebe, se publicó recientemente en la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. Wersebe y Weider revivieron huevos en reposo de Daphnia de décadas de antigüedad de los sedimentos del lago, un método conocido como ecología de la resurrección, que se ha refinado en el laboratorio de Weider durante las últimas décadas. Luego secuenciaron los genomas completos de 54 individuos Daphnia diferentes de diferentes puntos en el tiempo, lo que les permitió estudiar la genética y la evolución de la población.

Las Daphnia se recolectaron en Tanners Lake, ubicado en Oakdale, Minnesota. Tanners Lake ha sufrido una importante contaminación por sal, derivada del uso generalizado de sales para descongelar carreteras en su cuenca.

Las dafnias, también conocidas como pulgas de agua, juegan un papel crítico en el monitoreo ambiental. Por ejemplo, han servido como importantes organismos de prueba en laboratorios de todo el mundo durante más de un siglo debido a su sensibilidad a muchos factores estresantes ambientales, como los productos químicos. En la naturaleza, las dafnias actúan como una especie clave en las cadenas alimentarias de agua dulce a nivel mundial, donde se alimentan de algas para ayudar a mantener limpias las aguas de lagos y embalses y sirven como alimento para especies de peces de importancia comercial y recreativa.

Los resultados de Wersebe y Weider indican que la rápida adaptación a la contaminación por sal puede permitir que el lago Daphnia persista frente a la salinización antropogénica, manteniendo las redes alimentarias y los servicios ecosistémicos que Daphnia sustenta. Sin embargo, la capacidad de adaptación de estas poblaciones dependerá de la velocidad a la que se produzcan estos cambios y de la estructura genética subyacente de las poblaciones afectadas.

En los últimos años, muchos investigadores han publicado resultados que definen el alcance y la escala de la salinización de los lagos y las investigaciones recientes han destacado los impactos ecológicos. Sin embargo, hasta la fecha, las implicaciones evolutivas no son bien conocidas. A través de su estudio, Wersebe y Weider informaron firmas de selección natural en todo el genoma cerca de genes relacionados con la osmorregulación y la regulación de iones, procesos clave para lidiar con el alto contenido de sal. La caracterización de los clones para la tolerancia a la salinidad reveló evidencia de que los cambios genéticos pueden ser la base de una evolución rápida.

«Un trabajo como este es el primer paso para diseñar estudios futuros que incorporen avances tecnológicos recientes, como la edición de genes CRISPR, lo que permite la creación de mapas integrales de genotipo a fenotipo y la predicción del papel que desempeña la variación genética en la creación de diversas formas y funciones». dijo Wersebe. «De hecho, encontramos un gen prometedor que parece no funcionar correctamente en las Daphnia más antiguas, pero una copia funcional del gen está aumentando en frecuencia: la verdadera evolución en acción».

La investigación futura que utilice estas tecnologías avanzadas para cortar y pegar el gen no funcional en Daphnia sería una forma de investigar mejor los efectos que tienen las mutaciones en rasgos fenotípicos complejos como la tolerancia a la salinidad.