Los pájaros cantores intercambian genes del color de las plumas entre especies entre sus vecinos evolutivos

La gente tiende a pensar en la evolución como un proceso lineal en el que, dentro de una especie, está constantemente en juego el clásico adagio de “la supervivencia del más fuerte”. Surgen nuevas mutaciones en el ADN y se transmiten de padres a hijos. Si algún cambio genético resulta beneficioso, podría dar a esos jóvenes una ventaja de supervivencia.

Durante un largo período de tiempo (mediante el lento cierre de un puente terrestre aquí o el levantamiento de una cadena montañosa allá), las especies finalmente se dividieron. Continúan evolucionando lentamente a lo largo de sus propios caminos con sus propias mutaciones únicas. Es un proceso que durante los últimos 3.500 millones de años ha creado millones de ramas en el árbol evolutivo de la vida.

Sin embargo, nuevos datos de secuenciación del genoma revelan un giro inesperado en esta larga historia evolutiva. Resulta que los límites entre especies en sus propias ramas de este árbol son un poco más permeables de lo que se pensaba. En lugar de esperar a que nuevas mutaciones resuelvan un problema particular, el cruzamiento entre diferentes especies puede introducir ventajas genéticas ya preparadas.

Desentrañando la historia de la vida, un genoma a la vez

El autor con la reinita carirroja (Cardellina rubrifrons), una de las especies arbóreas de reinita incluidas en el estudio. Kevin Bennet

Como biólogo evolutivo, llevo más de dos décadas estudiando las historias escritas en los genomas animales. Me concentro principalmente en pájaros cantores coloridos llamados reinitas de bosque que son nativos de América del Norte, Central y del Sur. Hay alrededor de 115 especies en total y vienen en una gran variedad de colores brillantes.

Algunas de estas aves quizás te resulten familiares, como la reinita negra brillante (Setophaga fusca), que ilumina las copas de los pinos de los bosques del este de Estados Unidos y Canadá durante la primavera y el verano. Otras especies de reinitas pueden ser menos conocidas, como la reinita de cabeza rosada (Cardellina versicolor), que vive sólo en las colinas de Guatemala y el sur de México.

La historia de estas cantantes del Nuevo Mundo fue escrita aproximadamente en los últimos 10 millones de años, relativamente reciente en términos evolutivos. De hecho, todos ellos son “vecinos evolutivos”, sentados uno al lado del otro en lo alto de la copa del árbol de la vida. En el último trabajo de mi equipo, dirigido por el biólogo evolutivo Kevin Bennett, recopilamos una enorme cantidad de datos del genoma de la reinita (más de 2 billones de pares de bases, de casi todas las especies de reinita) para aprender más sobre su historia evolutiva.

Descubrimos que algunas especies superaron inesperadamente obstáculos evolutivos al compartir soluciones a problemas evolutivos. Ahora estamos aprendiendo de este tipo de datos que las especies no son sólo silos evolutivos verticales, como alguna vez pensábamos. En cambio, hay mucha más “interferencia” horizontal entre las ramas del árbol evolutivo.

Estos duendes ahora se suman a las mariposas del Amazonas, los peces cíclidos de África y nuestro propio linaje de homínidos como ejemplos de este proceso de intercambio evolutivo.

Anida en la zona híbrida entre el ala dorada (Vermivora chrisoptera) y el ala azul (V. cyanoptera). Los pollos híbridos que crecen hasta “cruzarse” con una de sus especies parentales pueden introducir nuevos genes en la mezcla de la población. Abigail Valine ¿Cómo ocurre realmente la división evolutiva?

El intercambio genético entre vecinos evolutivos se produce a través de híbridos: la descendencia que se produce cuando los individuos de dos especies se aparean. Los híbridos conocidos incluyen crías de osos polares y grizzly (cariñosamente llamados osos “pizzly”), así como mulas, crías de caballos y burros.

Pero a diferencia de las mulas, que son estériles y no pueden reproducirse, en el caso de los híbridos naturales de reinita, creemos que estas raras crías a veces pueden “cruzarse”: se reproducen con una de las especies parentales, y eventualmente mueven genes a través de los límites de las especies. Estos híbridos son los conductos genéticos por los que se comparten genes a través de las ramas del árbol evolutivo.

¿Pero no nos enseñan todos en clase de biología que las especies no pueden cruzarse con otras especies? ¿No es eso lo que ayuda a definir una especie?

En realidad, la biología siempre tiene sus excepciones y aristas confusas. Y esto es una cosa: las especies son el resultado de un proceso de especiación muy gradual, que suele tardar millones de años. Las cajas taxonómicas que a los humanos nos gusta poner alrededor de las “especies” generalmente no incluyen los límites borrosos alrededor de los linajes al comienzo de este largo proceso, cuando de otro modo diferentes plantas y animales aún pueden cruzarse.

De hecho, mi laboratorio ha descrito muchas interespecies e híbridos entre géneros de pájaros cantores, incluido al menos uno que se origina en ambos. También identificamos “zonas híbridas” entre especies muy relacionadas, donde la hibridación está muy extendida.

Y si los genes dentro de estos híbridos son beneficiosos para la especie receptora, se propagarán, del mismo modo que una nueva mutación beneficiosa se transmite a la descendencia. En este caso, no se trata sólo de una mutación, sino que puede ser un complemento completamente nuevo de mutaciones en múltiples genes.

Las reinitas de madera necesitan ciertos genes que les ayuden a procesar y depositar ciertas moléculas de pigmento en lo que comen para producir plumas de colores brillantes, como las de esta reinita amarilla. Marc Guitard/Moment vía Getty Images Los genes compartidos resuelven ‘problemas evolutivos’

Nuestro último trabajo sobre reinitas de madera muestra que las soluciones evolutivas que comparten están relacionadas con su coloración.

En esta familia de aves, previamente identificamos genes asociados con su coloración basada en carotenoides. Los pigmentos carotenoides dan a las aves su brillante plumaje anaranjado, amarillo y rojo, colores ejemplificados por el acertadamente llamado peoke amarillo. Pero las aves, como todos los vertebrados, no pueden sintetizar por sí mismas los pigmentos carotenoides. Deben obtener carotenoides de su dieta y luego procesarlos químicamente.

Pero el procesamiento de carotenoides parece ser un obstáculo evolutivo que no todas las aves han superado y un problema bastante difícil de resolver. Nuestra secuenciación del genoma muestra que estas reinitas tienen más genes de carotenoides en común que otros genes en común en sus genomas, y es probable que diferentes versiones de los genes de procesamiento de carotenoides mejoren la aptitud del receptor.

Un gen para procesar carotenoides, llamado betacaroteno oxigenasa 2 o BCO2, se comparte varias veces dentro de esta familia única de aves. Además, el BCO2 parece ser tan popular que presenta una fisión de segundo orden: pasa de una especie a otra y luego a una tercera.

Un signo de calidad en el círculo de apareamiento

Mis colegas y yo pensamos que estos genes son tan populares porque los pájaros cantores machos usan estos colores de carotenoides para atraer a las hembras que tienen un ojo perspicaz. Los machos obtienen carotenoides de los insectos que comen. La idea es que cuanto más colorido sea el macho, mayor será la calidad de su dieta.

Al otro lado del bosque, los ricos colores carotenoides de los machos indican que serían buenos padres con buenos genes. Los biólogos llaman a este tipo de manifestación una “señal honesta”. Y si los machos obtienen un nuevo gen que les permita procesar los carotenoides de manera más eficiente, es probable que se propague más rápido y más dentro de la especie, ya que los machos más brillantes potencialmente tendrán más éxito en el apareamiento.

Nuestra investigación con pájaros cantores muestra cómo la evolución puede mezclar genes a través de las finas líneas entre especies. Estos vecinos evolutivos cercanos a veces comparten ADN, incluidas mutaciones potencialmente beneficiosas, al aparearse entre líneas de especies definidas por los sistemas de clasificación humanos.

Sospechamos que cuanto más miremos, más encontraremos este tipo de préstamos entre vecinos evolutivos. A medida que descubrimos las historias que se cuentan en los genomas de quienes solucionan los problemas de la naturaleza, es probable que descubramos que sus hilos están profundamente entrelazados.