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Doppelg√§ngers en el oc√©ano Austral: la historia de un ping√ľino con crisis de identidad

Autor
Categoría
Biología
Fecha de Publicación
2020/07/30
Temas
6 more properties
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En colaboración con la Dra (c) Daly Noll
Foto de portada: Bahía Fildes (Daly Noll)
El doppelgänger, el doble de una persona. En el folclore nórdico y germánico es augurio de muerte. En la literatura y juegos de fantasía es una criatura que puede asumir la forma de cualquier persona. En el día a día, el concepto de se usa para referirse a alguien que se parece muchísimo a otro, como si fuese su clon.
¬ŅDoppelg√§ngers, vampiros o viajeros del tiempo?
En biolog√≠a evolutiva tambi√©n podr√≠amos hacer un an√°logo funcional a los doppelg√§ngers para definir lo que llamamos ¬ęespecies cr√≠pticas¬Ľ, es decir, especies que se encuentran aisladas reproductivamente (uno de los par√°metros claves para definir especies seg√ļn la definici√≥n biol√≥gica de especie) pero que son indistinguibles en t√©rminos morfol√≥gicos. En simple: dos especies que no pueden reproducirse entre s√≠, pero que son id√©nticas. Ejemplos hay varios y este est√° lejos de ser un tema cerrado.
De hecho, en biolog√≠a evolutiva el concepto de ¬ęespecie¬Ľ es un debate centenario que sigue abierto: hay diversas definiciones de ¬ęespecie¬Ľ (1) y a√ļn no tenemos una √ļnica respuesta. O sea, preguntarle a un bi√≥logo o bi√≥loga qu√© es una especie ser√≠a el equivalente a preguntarle qu√© es la vida a una fil√≥sofa.
Hoy en d√≠a, la gen√©tica nos permite hacer definiciones funcionales de acuerdo a qu√© tan cercanos son dos linajes. Si son muy lejanos, podr√≠an considerarse como dos entidades evolutivas independientes ‚ÄĒdos especies, para los amigos, o subespecies (¬Ņve que no es algo simple?)‚ÄĒ. Estas definiciones de especies y subespecies permiten identificar, clasificar y ordenar el gigantesco √°rbol de diversidad biol√≥gica que habita en nuestro querido planeta.
Pero volvamos a los doppelg√§ngers: ¬Ņc√≥mo es posible que dos linajes indistinguibles morfol√≥gicamente sean tan distintos gen√©ticamente?
Esta pregunta es una de las que se intenta responder en un nuevo art√≠culo publicado en la revista Diversity and Distributions, llamado ¬ęCryptic speciation in gentoo penguins is driven by geographic isolation and regional marine conditions: Unforeseen vulnerabilities to global change¬Ľ (2). La investigaci√≥n es un trabajo colaborativo internacional en el que participan cient√≠ficos chilenos, franceses, espa√Īoles, brasileros y coquimbanos.

En busca del linaje perdido

Adios gato Juanito, bienvenido ping√ľino Juanito.
El ping√ľino Pap√ļa ‚ÄĒping√ľino Juanito para los espa√Īoles (s√≠, es verdad: es como un ping√ľino Juanito que tira una onda vital a todo gas) o Pygoscelis papua para los √Īo√Īos‚ÄĒ tiene una distribuci√≥n geogr√°fica relativamente amplia. Podemos encontrarlo en la pen√≠nsula Ant√°rtica, en las islas Martillo (Sudam√©rica) y la regi√≥n subant√°rtica, incluyendo islas del Arco de Escocia (Georgias del Sur, Orcadas, Shetland y Sandwich), en el oc√©ano Atl√°ntico en las Islas Malvinas y en el oc√©ano √≠ndico en las islas Crozet, Marion y Kerguelen y en las islas Macquarie, en el oc√©ano Pac√≠fico.
Sucede que hace algunos a√Īos, Juliana Vianna, doctora en Ciencias Biol√≥gicas menci√≥n Ecolog√≠a y acad√©mica de la Pontificia Universidad Cat√≥lica de Chile, flamante ganadora del premio Adelina Guti√©rrez de Ciencias Naturales, lider√≥ un estudio en el ping√ľino Pap√ļa que detect√≥ una marcada diferenciaci√≥n gen√©tica a lo largo del oc√©ano Austral (3). Y, de hecho, el estudio descubri√≥ que este ping√ľinito ten√≠a ¬°cuatro linajes distintos! Cuatro linajes bien diferenciados, pero con morfolog√≠as muy similares entre s√≠, por lo que se lleg√≥ a pensar en que podr√≠an clasificarse como subespecies distintas.
¬°Especies cr√≠pticas! Pero, ¬Ņc√≥mo ocurre eso?
Este sería un diálogo hipotético de nuestros doppelgänger australes si cada uno viviera en distintas regiones de Chile. (Hubo intensas discusiones en el grupo sobre quienes son los poseedores de cada término. No llegamos a nada)
La investigaci√≥n publicada en Diversity and Distributions y financiada por FONDECYT, INACH y por el proyecto Genomic Antartic Biodiversity (GAB) explora algunas posibles explicaciones. Para ello, se usan herramientas moleculares y se reconstruye el nicho ecol√≥gico (ac√° el concepto de ¬ęnicho¬Ľ podr√≠amos definirlo de forma simple como ¬ęd√≥nde usted se siente c√≥modo para vivir y por qu√©¬Ľ) que nos permiten, primero, validar la presencia de estos cuatro linajes y, segundo, elucubrar posibles explicaciones ante tal diferenciaci√≥n.
Hacer eso no es simple. ¬ŅPor qu√©? En primer lugar, porque se necesitan muestras de material gen√©tico de los ping√ľinos y no podemos encargarlas por AliExpress. Bueno, entonces vamos a buscar las muestras, dir√° usted... Algo que ser√≠a relativamente sencillo si los ping√ľinos vivieran en las costas de Sudam√©rica y Europa. Pero no: los lugares de muestreo son de dif√≠cil acceso y se encuentran alejados de las rutas comerciales. Es decir, se requiere de una log√≠stica importante.
En segundo lugar, los análisis genómicos y modelamientos de nicho son parte del estado del arte en la disciplina y requieren de un trabajo mancomunado de científicas y científicos de distintas áreas para que puedan hacer conversar los datos (imagínese además si uno de los datos es tímido o tartamudo).
Pero si se superan esas dos grandes dificultades, es posible echar a volar la creatividad y elaborar escenarios posibles para procesos complejos. Y descubrir de pronto que un ping√ľino no era uno, sino cuatro.

Felices los cuatro

El ya mencionado estudio de la doctora Vianna (3) ten√≠a originalmente la intenci√≥n de evaluar c√≥mo se estructuran gen√©ticamente las distintas colonias del ping√ľino Pap√ļa a lo largo y ancho del oc√©ano Austral. Pero a medida que analizaron las muestras, descubrieron que las colonias ubicadas en Ant√°rtica eran muy distintas a las de Malvinas y, a su vez, estas eran muy distintas a las de la Isla Kerguel√©n.
¬ŅPero por qu√© tanta sorpresa? Lo que sucede es que en muchas especies de ping√ľino se han estudiado los patrones de estructuraci√≥n gen√©tica y se ha observado que las colonias est√°n muy conectadas entre s√≠ (muy baja o ausente estructuraci√≥n gen√©tica). O sea, esas colonias tienden a cruzarse, a compartir su material gen√©tico y, por lo tanto, a emparentarse, como ocurre con los Chadwick en el gobierno.
Pero con el ping√ľino Pap√ļa ocurre exactamente lo opuesto. Como los Capuleto y los Montesco, o los de ¬ęLos Neptunos¬Ľ y ¬ęLos Garras¬Ľ, al parecer muchas colonias de ping√ľinos Pap√ļa no se cruzaban entre ellas. El equipo de la doctora Vianna, de forma cautelosa, habl√≥ de ¬ędiferencias muy marcadas entre poblaciones¬Ľ, pero sin duda era necesario que investig√°ramos m√°s a fondo. Y hablo en primera persona del plural, porque aqu√≠ es donde entra nuestra her√≥ica espon_[el editor sugiere eliminar las siguientes 38 frases debido al abuso de autorreferencias]_.
Mamá, salí en el peiper
El ya mencionado art√≠culo (publicado hace unas pocas semanas) (2) cost√≥ a√Īos de muestreos, an√°lisis y revisiones. Sus autores utilizaron diversas herramientas estad√≠sticas y moleculares para estudiar en detalle una diversidad de poblaciones de ping√ľinos que resultaron ser muy distintas a lo que se pensaba.
Los resultados respaldan de forma elocuente lo reportado en 2017. Es decir, es posible identificar de forma consistente cuatro grupos muy distintos a nivel genético.
La siguiente figura muestra de forma simplificada el principal resultado. A la izquierda, vemos los cuatro grupos de individuos diferenciados por color: cada grupo est√° emparentado en mayor o menor grado con otro, pero sus diferencias genot√≠picas sugieren que casi no hay flujo gen√©tico entre ellos. Cada peque√Īa barrita (indistinguible) representa a cada individuo y su probabilidad de pertenecer a cada uno de los grupos. Si una barra es de un solo color, quiere decir que cada individuo tiene un 100% de probabilidades de pertenecer a ese grupo.
As√≠ es como tenemos al grupo Rojo, o grupo ant√°rtico (o fama contra fama), que incluye individuos provenientes de la pen√≠nsula Ant√°rtica y de la peque√Īa isla Signy; un grupo naranja (como el verano) o sudamericano, con individuos que se encuentran en la isla Martillo y las Malvinas; un grupo azul (como este amor) en las islas subant√°rticas de Crozet y Marion; y, por √ļltimo, un grupo morado (morado como no-s√©-qu√©, se me acabaron los chistes) en la isla Kerguelen.
Si se fija en el grupo morado, los individuos no tienen 100% de probabilidad de asignación. Es decir, hay un probabilidad de alrededor de un 30% (promedio) de pertenencia al grupo azul, lo que sugiere una alta cohesión entre ambos grupos. Pero, aun así, somos capaces de distinguir perfectamente esos dos grupos a nivel genético.
Este análisis es tan fino, que si tenemos todos los genotipos de un individuo anónimo, podemos dar certeza de que lo ubicamos bien en su población de origen (con el tema final de las teleseries antiguas de TVN de fondo).
Cada punto de color en el mapa representa un lugar en al oc√©ano Austral ‚ÄĒcasi todas islas, excepto por el puntito en la pen√≠nsula Ant√°rtica‚ÄĒ donde se tomaron muestras de sangre de los ping√ľinos. Pero no se preocupe: la sangre se obtiene r√°pidamente y no se les hace ning√ļn da√Īo. Le recordamos que quienes investigan estas especies tambi√©n las aman y aportan a su conservaci√≥n <3
El an√°lisis de los cuatro linajes llev√≥ a los autores a sugerir que el ping√ľino Pap√ļa est√° compuesto por... *redoble de tambores* CUATRO SUBESPECIES. Subespecies que siguen siendo indistinguibles a nivel morfol√≥gico (aunque lo √ļltimo se sigue estudiando) (2). Es decir, hay doppelg√§ngers de frac en el oc√©ano Austral.
¬°Fascinante! ¬ŅNo?
¬ę¬°Romeo! ¬ŅCu√°ntas veces te he dicho que no te juntes con esa chusma subant√°rtica? Podemos parecernos, pero nuestras especies no est√°n hechas para mezclarse¬Ľ. Cr√©ditos de la fotograf√≠a: Daly Doll. (Hannah Point, Isla Livingstone (South Shetland)
Pero esto no se detuvo a aqu√≠, claro que no. Tenemos cuatro linajes diferenciados, sugerimos incluso que son subespecies de ping√ľino Pap√ļa. Pero, ¬Ņqu√© podr√≠a haberlas llevado a estos niveles de especializaci√≥n?
Y la verdad es que este artículo (2) nos da una idea bastante interesante: los autores fusionaron dos disciplinas que, en general, son independientes pero que juntas podrían darnos resultados bastante promisorios: el modelamiento de nicho y la genómica del paisaje.

¬ŅY KESESO?

El modelamiento de nicho ecol√≥gico (MNE) es un m√©todo bastante utilizado y adecuado para estimar la distribuci√≥n geogr√°fica real e incluso potencial de las especies (4), basado en la reconstrucci√≥n de un ¬ępaisaje ecol√≥gico¬Ľ donde habita una especie. Es algo as√≠ como ¬ęOK, nuestros amigos viven ac√° y sabemos que NO viven all√°. Veamos qu√© tipo de ambiente hay para saber por qu√© les gusta el lugar donde viven y por qu√© NO les gusta el otro lugar¬Ľ (es como cuando usted siempre prefiere el ba√Īo de su casa al de un hogar ajeno. Vale, no, mala analog√≠a. ¬°Seguimos!).
Luego determinamos dónde podría estar la especie, ya que las condiciones ambientales son las mismas. Incluso podemos predecir dónde se iría dicha especie en un escenario de cambio climático: esto es lo que llamamos modelamiento de nicho.
La gen√≥mica del paisaje es una especie de fusi√≥n entre la gen√≥mica de poblaciones y la ecolog√≠a del paisaje. Y quiere decir, en t√©rminos generales, entender c√≥mo la variaci√≥n ambiental repercute en la variaci√≥n gen√©tica. ¬ŅEs posible correlacionar ambas cosas? Spoiler: te√≥ricamente, s√≠.
Usando ambas aproximaciones de forma paralela, ¬°los autores llegaron a resultados similares!
En efecto, los diferentes reg√≠menes ambientales a los que est√° sometida cada subespecie es tremendamente relevante para explicar esta diferenciaci√≥n a nivel gen√©tico. Recordemos que estamos hablando de grupo de ping√ľinos que viven en la Ant√°rtica, otros grupos de ping√ľinos que viven en el sur de Sudam√©rica, en las Malvinas y en las islas subant√°rticas. Otro resultado interesante es que, al parecer, es m√°s relevante el mar que la tierra para esta especie. El hecho de que los ping√ľinos sean expertos buceadores, pero torpes caminantes, podr√≠a explicar esta preferencia.
En conclusi√≥n, ¬Ņpor qu√© este hallazgo es importante?
Evidentemente, porque sabemos m√°s de los ping√ľinos. ¬ŅQui√©n no ama a los ping√ľinos? (bueno, los carabineros, pero ese es otro tema).
A nivel técnico, este estudio es un muy buen ejemplo de cómo las políticas de conservación podrían nutrirse de la integración de herramientas genómicas y ecológicas complejas. Esto es particularmente relevante para los ambientes polares, pues están entre los que más rápido están cambiando en el contexto del cambio climático.
Otra revelación fundamental de este hallazgo es que nos permite trabajar políticas de conservación específicas para una especie que es más diversa de lo que parece a simple vista.
Recordemos que estas diferencias regionales tan marcadas ‚ÄĒal nivel de que podr√≠amos hablar de cuatro subespecies‚ÄĒ es algo clave en aspectos de conservaci√≥n. O sea, no podemos tener planes de conservaci√≥n para el ping√ľino Pap√ļa, pues el ping√ľino Pap√ļa est√° compuesto por al menos cuatro subespecies con necesidades distintas.
De hecho, una de las justificaciones de la IUCN para mantener al ping√ľino Pap√ļa en la categor√≠a de conservaci√≥n de ¬ępreocupaci√≥n menor¬Ľ es su amplia distribuci√≥n y que sus tama√Īos poblacionales se han mantenido estables en el tiempo. Pero si lo analizamos desde la perspectiva de las subespecies, esto no es tan as√≠.
En el caso de la subespecie de Ant√°rtica, los tama√Īos poblacionales han aumentado notablemente durante las √ļltimas d√©cadas. Pero en las colonias de regiones m√°s templadas, la subespecie de las islas Crozet y Marion las parejas reproductivas han disminuido de manera considerable entre 1992 y 2018 (alrededor de un 33%). Este dato es clave, porque las caracter√≠sticas gen√©ticas son tan propias de cada subespecie que, si una se extingue, no va a existir posibilidad de recuperar ese grupo.
La pregunta que queda dando vueltas es que si se ha podido descubrir cuatro subespecies (los doppelg√§ngers) en una especie de ping√ľinos, ¬Ņqu√© otros doppelg√§ngers podr√≠a haber en especies que nos parecen fuera de peligro o que han sido poco estudiadas? ¬ŅQu√© secretos pueden revelarnos del fascinante √°rbol de la evoluci√≥n?

Referencias

1. Aldhebiani AY. Species concept and speciation. Saudi Journal of Biological Sciences. marzo de 2018;25(3):437-40.
2. Pertierra LR, Segovia NI, Noll D, Martinez PA, Pliscoff P, Barbosa A, et al. Cryptic speciation in gentoo penguins is driven by geographic isolation and regional marine conditions: Unforeseen vulnerabilities to global change. Blakeslee A, editor. Divers Distrib. agosto de 2020;26(8):958-75.
3. Vianna JA, Noll D, Dantas GPM, Petry MV, Barbosa A, Gonz√°lez-Acu√Īa D, et al. Marked phylogeographic structure of Gentoo penguin reveals an ongoing diversification process along the Southern Ocean. Molecular Phylogenetics and Evolution. febrero de 2017;107:486-98.
4. Guisan A, Thuiller W. Predicting species distribution: offering more than simple habitat models. Ecol Letters. septiembre de 2005;8(9):993-1009.