22 de Abril de 2022
ECOLOGÍA

Un solo gen de una especie puede provocar la extinción de otras

Ciertas variantes génicas pueden ser decisivas en la creación o destrucción de una red trófica, según se ha demostrado en un ecosistema experimental.

Las plantas Arabidopsis thaliana con un gen AOP2 no funcional fomentan la coexistencia de los pulgones y su enemigo natural, una avispa parasitoide. [Mantonature/iStock]

Algunas especies desempeñan un papel muy importante en el entorno en el que habitan. Los castores construyen presas que crean estanques donde prosperan los peces. En los bosques de algas, las nutrias ingieren suficientes erizos de mar para que las algas puedan crecer sin ser devoradas antes por estos. Estos importantes organismos, denominados especies clave, mantienen unido el ecosistema.

Pero ¿y si los ecosistemas no solo dependieran de una especie, sino que pudieran ser creados o destruidos por un único gen? En un estudio recién publicado en Science, se ha demostrado la existencia de lo que se ha denominado un «gen clave». El descubrimiento puede tener implicaciones en el modo de entender las formas en que los ecosistemas, y las especies que estos albergan, persisten en el tiempo.

En el laboratorio, los autores construyeron varios ecosistemas en miniatura con cuatro especies cada uno. En la base de la cadena alimentaria se hallaba Arabidopsis thaliana, una pequeña planta anual que es de las más estudiadas por los biólogos (su genoma fue secuenciado hace más de 20 años). En cada ecosistema, la planta servía de alimento a dos especies de pulgones, que, a su vez, alimentaban a una avispa parasitoide.

Cada ecosistema, del tamaño de una caja para el pan, contenía múltiples plantas de Arabidopsis. En algunos, las plantas eran genéticamente idénticas, como si se tratara de un monocultivo. En otros, se introdujeron en las plantas variaciones genéticas mediante la activación y desactivación de tres genes —MAM1, AOP2 y GSOH— en diversas combinaciones. Los investigadores se centraron en estos genes porque regulan la producción de unos compuestos llamados glucosinolatos alifáticos, que disuaden a los pulgones hambrientos de consumir la planta. Algunos de los ecosistemas experimentales presentaban más variación en el número de combinaciones genéticas que otros; los autores observaron cómo convivían las plantas, los pulgones y las avispas en cada situación.

Tal como esperaban, los ecosistemas con las plantas genéticamente más diversas resultaron ser las más estables. Por cada planta con una composición genética diferente que se añadía al sistema, la tasa de extinción de los insectos se reducía en casi un 20 por ciento, en comparación con los monocultivos.

Pero lo que sorprendió a los investigadores fue que este resultado parecía depender de un solo gen. Con independencia de la diversidad, si los sistemas contenían plantas con una determinada variante, o alelo, del gen AOP2, la tasa de extinción de los insectos disminuía en un 29 por ciento, en comparación con los sistemas que carecían de él. En esencia, si se cambia ese alelo AOP2, los insectos desaparecen. El aumento de la diversidad genética ayudó a los insectos porque aumentó la probabilidad de que los áfidos encontraran plantas con esta variante genética clave. «Esperábamos observar la influencia de la diversidad», explica el autor principal y ecólogo de la Universidad de Zúrich, Matt Barbour. «Pero el efecto inesperadamente grande de un único gen nos sorprendió.»

También les asombró el mecanismo por el que el alelo AOP2 afectaba a los pulgones. Aunque la variante cambiaba la forma en que la planta producía el compuesto disuasorio de los áfidos, también permitía que la planta creciera más rápido. Esto, a su vez, permitió que los pulgones, así como las avispas que dependían de ellos para alimentarse, crecieran con mayor rapidez. «Los pulgones que se alimentan de la planta pueden aumentar de tamaño y reproducirse más rápidamente, por lo que sus poblaciones crecen más deprisa», explica Barbour. «No esperaba que AOP2 tuviera este efecto.»

«Demostrar que un solo gen puede reorganizar las redes tróficas es un ejemplo muy claro de lo que ocurre cuando se unen la investigación genética y ecológica de vanguardia», opina Rachel Germain, científica de la biodiversidad en la Universidad de Columbia Británica, que no participó en la investigación. «Se trata del primer estudio de este tipo, y me imagino que vendrán muchos más.»

Los conservacionistas saben desde hace tiempo que los ecosistemas diversos son mayores que la suma de sus partes y que, en particular, son más estables. Asimismo, las poblaciones de especies genéticamente más diversas tienen más probabilidades de sobrevivir, gracias a su mayor capacidad de adaptación a un entorno cambiante. El efecto es similar a la diversificación de una cartera de inversiones: no se puede estar seguro de qué genes van a hacer prosperar más a la población, por lo que cuantas más opciones se tengan, más probable es que algo salga adelante.

Pero los nuevos hallazgos apuntan a un mecanismo que podría hacer que la diversidad genética resulte fundamental para mantener los ecosistemas. Si se pierden variantes genéticas específicas —genes clave— en las poblaciones, podrían extinguirse otras especies, no solo las portadoras de los genes. «En realidad, no se trata de la diversidad genética, sino de que, al disponer de un acervo génico diverso, aumentan las posibilidades de encontrar esa mutación singular importante», afirma Germain. «Es una de las cosas estimulantes de este trabajo: que exista algo en lo que no han pensado mucho los ecólogos.»

Barbour no piensa que los genes clave mantengan unidos todos los ecosistemas. «No creo que sean habituales», apunta. «Pero cuando estén presentes, sin duda serán importantes.»

Según él, la ciencia podría utilizar los genes clave para proteger y restaurar la biodiversidad. «Los humanos llevamos mucho tiempo cultivando plantas y, más recientemente, modificándolas genéticamente», dice. «¿Qué pasaría si conociéramos los genes que las harían no solo sobrevivir mejor, sino también promover la biodiversidad? Creo que es una repercusión muy importante e interesante.» Sin embargo, es una cuestión por resolver en el futuro. «Solo estamos empezando a descifrar los efectos de los genes en los ecosistemas», añade Barbour.

Anna Funk

Referencia: «A keystone gene underlies the persistence of an experimental food web»; Matthew A. Barbour, Daniel J. Kliebenstein  y Jordi Bascompte en Science, vol. 376, págs. 70-73, marzo de 2022.

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