Las plantas generalmente se consideran formas de vida estacionarias, que sustentan silenciosamente el medio ambiente. Pero las comunidades y poblaciones de plantas están lejos de ser estáticas. Están constantemente moldeados por el mundo que los rodea.
Una forma es mediante la extinción local: la pérdida de una población local de una parte particular del paisaje. El segundo es a través de la colonización local: la propagación o reintroducción de plantas en el paisaje. De hecho, se cree que muchas especies de plantas están compuestas de metapoblaciones, que son conjuntos de poblaciones locales vinculadas por la colonización, la extinción local y el crecimiento poblacional en todo el paisaje.
Si pudiéramos observar la metapoblación en el paisaje durante un período de varios cientos de años, podríamos ver cómo la metapoblación cambia y evoluciona a medida que se desarrolla la película.
Por supuesto, no existe tal película y aún no se han inventado las máquinas del tiempo, por lo que comprender las fuerzas que determinan la historia de las metapoblaciones sigue siendo un desafío.
Entonces, ¿cómo pueden los investigadores comprender la historia de las metapoblaciones de plantas? Para hacer esto, mi colega Rachel Toczydlowski y yo recurrimos a datos de secuencia de ADN de la planta gema, o como la llaman los botánicos, Impatiens capensis.
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¿Qué es una gema?
La gema se encuentra en las zonas orientales de América del Norte, incluido el sur de Quebec y Ontario, y en el medio oeste de los Estados Unidos. Esta planta anual puede formar semillas tanto mediante fecundación cruzada en flores normales como mediante autofecundación a través de un tipo especial de flor cerrada que los botánicos llaman flor cleistógama. La autofecundación permite que una sola planta en dispersión establezca una nueva población porque no necesita pareja.
Plantas como la gema también producen un tipo de flor cerrada y que no requiere polinizadores. (Rachel H. Toczidlowski)
La planta tiene la capacidad de encontrar nuevas poblaciones de uno o varios individuos mediante la autofecundación. La teoría de la metapoblación predice que una gema como especie debería consistir en una metapoblación altamente dinámica donde algunos parches han sido colonizados recientemente, mientras que otros han sido colonizados durante mucho tiempo.
Hoy en día, la gema suele encontrarse en fragmentos de bosque que quedan del desarrollo agrícola y urbano. Este tipo de hábitat alguna vez existió como una cubierta forestal más continua que cubría gran parte del este y centro de América del Norte antes de la colonización europea. Esto es particularmente cierto en el área de Wisconsin donde llevamos a cabo nuestro estudio, que hoy en día es principalmente tierra de cultivo pero conserva parches de hábitat más natural, parecido a una isla.
Nuestra investigación
Analizamos la información de la secuencia de ADN obtenida al secuenciar los genomas de miembros individuales de la población y nos centramos en cómo los genomas individuales se diferencian entre sí.
Secuenciarlos y compararlos revela diferencias en las secuencias de ADN de una muestra de planta llamadas polimorfismos de un solo nucleótido (SNP). Se trata de posiciones en la secuencia que se diferencian entre sí por tener diferentes nucleótidos, componentes individuales de la secuencia.
Luego observamos el espectro de frecuencia de cada población, que muestra cuántos SNP son raros, qué tan comunes y cuántos hay en el medio. Los eventos de fundación de la población pueden cambiar la comúnidad de los diferentes SNP.
Cuando solo unos pocos individuos fundan una nueva población, muchos SNP aparecen con frecuencias moderadas. Si luego la población crece rápidamente, aparecen nuevos SNP por mutación, pero siguen siendo raros, lo que cambia el patrón general de variación genética.
Y así, la forma del espectro de frecuencia del sitio proporciona una especie de "memoria genética" de los eventos demográficos que llevaron a las poblaciones de plantas con componentes individuales dentro de la metapoblación que vemos hoy.
Al aplicar esta técnica a los datos de secuencia de ADN, pudimos detectar diferencias significativas en la historia demográfica de las poblaciones muestreadas. Algunas poblaciones parecían haber sido establecidas recientemente por unos pocos individuos, mientras que otras parecían ser más grandes y más estables.
Este patrón corresponde a lo que predice la teoría de la metapoblación para una especie cuyas plantas son capaces de autofecundarse. Las poblaciones más jóvenes también mostraron una pérdida de diversidad genética y niveles más altos de endogamia en comparación con las poblaciones más antiguas y estables, que contenían más diversidad y eran menos endogámicas.
Una mayor endogamia en poblaciones más jóvenes sugiere que fueron fundadas por muy pocos individuos y aún no tenían suficiente tiempo ni flujo de genes de las poblaciones vecinas para restaurar la diversidad genética.
Importancia de la conservación
La variabilidad genética es la base de la adaptación. Un alto nivel de endogamia puede conducir a la transmisión de rasgos débiles o dañinos a las nuevas generaciones. (Unsplash/Jonathan Lim)
La variabilidad genética es la base de la adaptación. Un alto nivel de endogamia puede conducir a la transmisión de rasgos débiles o dañinos a las nuevas generaciones, lo que reduce la salud de la población.
Desde el punto de vista de la conservación, niveles más altos de diversidad y niveles más bajos de endogamia son a menudo atributos deseables.
Pueden mejorar la adaptabilidad y la estabilidad de la población, algo que se está volviendo cada vez más importante con el cambio climático.
Sin embargo, nuestra comprensión de las metapoblaciones se complica por el hecho de que no todos los paisajes son iguales. Algunas son más propensas que otras a sufrir perturbaciones y recuperación, y cuando se trata de colonizar paisajes, no todas las especies de plantas son iguales.
Por ejemplo, las plantas que pueden autopolinizarse son más capaces de establecer poblaciones de unos pocos individuos y pueden ser particularmente buenas colonizadoras en comparación con las plantas que requieren vapor para producir semillas.
Comprender la historia de las metapoblaciones proporciona a los administradores de la conservación una perspectiva adicional, especialmente cuando se trata de seleccionar las poblaciones más saludables para la conservación.
Puede que no tengamos una máquina del tiempo, pero analizando el ADN de poblaciones vivas podemos detectar ecos del pasado y comprender sus implicaciones genéticas para la conservación.
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