Adaptarse o morir: la respuesta evolutiva de las plantas al cambio climático

Redacción

El estudio, publicado en Science y con participación de investigadores de ocho instituciones españolas entre las que se encuentran CREAF, CSIC, IICG-URJC, UGR, US y Grupo Tragsa, se basa en el análisis y seguimiento de la evolución en respuesta al cambio climático de 70.000 individuos de variantes genéticas distintas de plantas Arabidopsis sembradas en 30 lugares de todo el mundo.

El trabajo, llevado a cabo por un consorcio internacional, liderado por Moisés Expósito‑Alonso, de la Universidad de California (Berkeley, EE.UU.), junto con los otros dos coordinadores del proyecto, François Vasseur (Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive, CNRS) y J.F. Niek Scheepens (Goethe University Frankfurt), ha consistido en la realización de un ambicioso experimento en el que se sembraron simultáneamente 360 pequeñas parcelas de Arabidopsis –una especie anual que pertenece a la familia de las brasicáceas como la coliflor y la mostaza- distribuidas en 30 localizaciones de diversos tipos de climas. Además, el seguimiento se prolongó durante cinco años.

El objetivo de este experimento único ha sido desentrañar con qué rapidez evolucionarían las poblaciones de la planta silvestre Arabidopsis thaliana bajo distintos estreses climáticos, desde los Alpes nevados hasta el calor del desierto del Néguev, y desde áreas urbanas de Europa hasta el subtropical Austin en EE.UU.

Los investigadores del Instituto de Investigación en Cambio Global (IICG-URJC) han participado en todo el proceso de este ambicioso trabajo. “La sincronización entre tantos grupos de múltiples países, bajo un protocolo estandarizado, pese a la complejidad detrás de la cuestión que se abordaba, es lo que lo hace único”, afirman Carlos Lara, Alfredo García, Martí March y José María Iriondo, investigadores del IICG-URJC.

El experimento generó más de 2.500 muestras, lo que ha permitido identificar variantes genéticas asociadas con una adaptación exitosa a diferentes contextos ambientales. Asimismo, este trabajo ha revelado las condiciones bajo las cuales la capacidad evolutiva de las poblaciones se ve superada por la presión climática, conduciéndolas a la extinción.

“Los datos sobre la velocidad de la evolución, junto con los cambios genéticos que acompañan a dicha evolución, son fundamentales para crear modelos que ayuden a identificar qué plantas y animales están en riesgo a medida que sus entornos cambian a su alrededor”, señala el autor principal del trabajo Moisés Expósito-Alonso.

Este trabajo permite ver directamente, y por primera vez, cómo las variantes adaptativas de ADN llegan a dominar en determinadas poblaciones a medida que ocurre la evolución. El primer análisis genómico de las muestras revela que, en la mayoría de los casos, las plantas evolucionaron genéticamente para adaptarse a las condiciones ambientales características de cada entorno. Sin embargo, algunas poblaciones experimentales, especialmente aquéllas situadas en los climas cálidos más extremos, no mostraron ninguna señal de evolución temprana. En su lugar, exhibieron trayectorias aparentemente aleatorias que precedieron a su extinción. Esto revela que, aunque la adaptación rápida al cambio climático es posible, el calor extremo reduce las poblaciones a tamaños muy pequeños, donde la capacidad adaptativa disponible es muy baja y se precipita la extinción.

Un hallazgo adicional del estudio es que las plantas de Arabidopsis procedentes de zonas cálidas muestran ya un retraso de adaptación, es decir, viven mejor en ambientes aproximadamente 1,5°C más fríos que su propio lugar de origen, lo que sugiere que el calentamiento global acumulado hasta la fecha ha dejado a estas poblaciones ligeramente desajustadas respecto a sus climas actuales.

Deducciones basadas en conocimiento

La comunidad científica lleva décadas preguntándose si las plantas pueden evolucionar suficientemente rápido ante el calentamiento global. Este novedoso estudio rompe con la tradición de experimentos aislados, gracias a un enfoque simultáneo global.

Aunque cada especie requiera experimentos propios, el conocimiento obtenido con Arabidopsis permite deducir qué poblaciones podrían sobrevivir en distintas localizaciones, ofreciendo modelos útiles para muchas otras especies. El equipo continúa ampliando estos estudios, incluso con plantas distintas, con el objetivo de observar la evolución rápida en poblaciones naturales expuestas directamente a variaciones climáticas. Esta aproximación permitiría medir el ritmo real de la evolución y detectar cambios genéticos bruscos provocados por fenómenos como sequías o incendios, información clave para diseñar medidas de protección y mitigación.

En este sentido, los cuatro investigadores del IICG-URJC participan activamente en el proyecto AdapTest, liderado por Javier Morente (Goethe University Frankfurt), marco en el que se han realizado recientemente experimentos en el Laboratorio de Cultivo de organismos de la URJC (CULTIVE, IICG-URJC). Actualmente, se siguen germinando semillas en el contexto de la red Genomics of rapid Evolution to Novel Environment (GrENE net), por lo que la colaboración española en este consorcio continúa. La red GrENE net cuenta con alrededor de 75 científicos de EE.UU., España, Noruega, Alemania, Suiza, Canadá, Grecia, Estonia, Polonia, Países Bajos, Francia e Israel, y desarrolló su investigación entre el otoño de 2017 y la primavera de 2022.

Acerca de la autoría del estudio

Como parte de su labor investigadora en instituciones españolas son coautores del trabajo publicado en Science: Carlos Alonso Blanco y Belén Méndez de Vigo Somolinos del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), Xavier Picó de la Estación Biológica de Doñana (EBD-CSIC), Anna Traveset del Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA (CSIC-UIB), Modesto Berbel Cascales y Mohamed Abdelaziz de la Universidad de Granada (UGR), Arnald Marcer del Centre de Recerca Ecològica i Aplicacions Forestals (CREAF), Ana García Muñoz de la Universidad de Sevilla (US), Gema Escribano de Tragsatec y Alfredo García Fernández, José María Iriondo Alegría, Carlos Lara Romero y Martí March Salas del Instituto de Investigación en Cambio Global (IICG-URJC).