En 2012, en los estanques que aparecieron en Ōtsuchi después del tsunami del año anterior, el El 38% de los espinosos muestreados eran híbridos.. En 2020 esa mezcla genética casi había desaparecido: la población volvía a tener una composición casi enteramente atribuible a Gasterosteus aculeatusla especie de agua dulce. Nueve años, unas diez generaciones. Lo suficiente como para que la mayoría de las variantes genéticas heredadas de las otras especies se hicieran progresivamente más raras.
Esta especie de experimento evolutivo involuntario fue seguido año tras año por un grupo coordinado por Instituto Nacional de Genética Japonés. El estudio publicado el Naturaleza, Ecología y Evolución describe uno de los raros casos en los que fue posible observar casi desde el principio qué sucede con el genoma después de la hibridación que se produjo en la naturaleza.
El origen de todo es mucho menos diminuto que el de los peces estudiados. El 11 de marzo de 2011, el terremoto de Tōhoku y el posterior tsunami devastaron la costa noreste de Japón. En Ōtsuchi, en la prefectura de Iwate, las olas superaron los diez metros y, junto con el hundimiento del terreno, dejaron nuevos estanques alimentados con agua dulce en la localidad.
Según la reconstrucción de los investigadores, el tsunami lo arrastró tierra adentro. Gasterosteus nipponicusespinoso marino, mientras el reflujo del agua arrastraba ejemplares de Gasterosteus aculeatus provenientes de cursos de agua aguas arriba. Los dos peces se encontraron así en el mismo entorno y se cruzaron. El movimiento de los animales durante el tsunami no fue observado directamente, por lo que esta dinámica sigue siendo una reconstrucción; Sin embargo, se ha documentado una hibridación posterior.
Se formó una población híbrida. Llamarla nueva especie sería muy prematuro: lo que los investigadores han observado en los años siguientes va casi en la dirección opuesta.
En diez generaciones las variantes de las especies marinas pierden terreno
De 2012 a 2020, el equipo siguió la composición genética de los espinosos generación tras generación. En el primer muestreo los híbridos fueron numerosos, incluidos individuos ya nacidos de cruces posteriores con especies de agua dulce. Entonces el aporte genético de Gasterosteus nipponicus comenzó a decaer.
El Instituto Nacional de Genética describe el resultado en términos bastante claros: en 2020 la mayoría de las variantes genéticas procedentes de especies marinas habían sido eliminadas de las muestras y la población había vuelto a tener una composición casi enteramente atribuible a Gasterosteus aculeatus.
Los científicos hablan de purga de todo el genomauna eliminación progresiva de variantes genéticas introducidas por las otras especies. Esto no significa que el ADN haya sido “eliminado” dentro de los propios peces. Generación tras generación, algunas variantes heredadas de Gasterosteus nipponicus se volvieron cada vez más raros porque los individuos que los portaban podrían haber tenido diferentes posibilidades de sobrevivir, reproducirse o permanecer en el estanque.
Las primeras en declinar rápidamente fueron precisamente algunas regiones del genoma ya vinculadas a las barreras que separan a las dos especies: supervivencia en agua dulce, tendencia a migrar hacia el mar, elección de pareja y dificultades reproductivas de los híbridos machos. En otras palabras, las regiones asociadas con algunas de las principales barreras entre las dos especies perdieron variantes de un proceso más rápido. Gasterosteus nipponicus.
Vive en el estanque o ve al mar.
@Instituto Nacional de Genética
Parte de la explicación parece residir en el entorno dejado por el tsunami. Gasterosteus aculeatus vive en agua dulce en esta zona; Gasterosteus nipponicus más bien se trata de una especie marina capaz de migrar entre el mar y las aguas interiores. En los experimentos realizados por los investigadores, los espinosos marinos mostraron una supervivencia mucho menor en el ambiente de agua dulce que las especies residentes. En un ensayo con 60 individuos por especie, finalmente se recuperaron vivos 53 ejemplares. Gasterosteus aculeatus y sólo dos de Gasterosteus nipponicus.
Los individuos obtenidos de retrocruzamientos entre híbridos y espinosos de agua dulce permitieron identificar algunas regiones genéticas asociadas con la supervivencia. En determinadas zonas del genoma, las variantes de especies marinas fueron menos frecuentes entre los peces supervivientes; en otros, sin embargo, estuvieron más representados, lo que sugiere que su efecto no siempre fue desventajoso.
También existe una posible salida física de la población. Los estanques de Ōtsuchi se comunican a través de pequeños pasajes con una extensión de agua salobre y, de allí, con el mar. En experimentos sobre comportamiento migratorio Gasterosteus nipponicus mostraron una mayor propensión a desplazarse aguas abajo, mientras que los retrocruzamientos ocuparon una posición intermedia. Por lo tanto, algunas variantes provenientes de especies marinas podrían volverse más raras en el estanque, también porque los peces que las portaban tenían más probabilidades de alejarse. La supervivencia y la migración explican parte de la historia. No todos.
El azar por sí solo no es suficiente para explicar una pérdida tan rápida
Cuando una variante genética desaparece de una población no es necesariamente necesario que entre en juego la selección natural. También puede ocurrir por deriva genética: en cada generación alguien se reproduce más, alguien menos y determinadas variantes acaban perdiéndose simplemente por casualidad.
Luego, los investigadores compararon lo que realmente sucedió con simulaciones en las que las frecuencias genéticas cambiaban sin que una variante fuera particularmente ventajosa o desventajosa. También se probaron escenarios con diferentes tamaños de población en los datos y códigos depositados en Dryad, partiendo de una estimación de 22.485 individuos.
Para cada uno de los 667 puntos de diagnóstico utilizados para distinguir genéticamente las dos especies, el equipo simuló la evolución de las variantes en generaciones posteriores miles de veces. En la gran mayoría de los casos, la disminución observada en las variantes provenientes de Gasterosteus nipponicus fue más rápido que lo predicho únicamente por la deriva genética. El azar, por tanto, no parece ser suficiente.
Sin embargo, ni siquiera unas pocas regiones del genoma con efectos muy fuertes pudieron reproducir completamente lo sucedido. Las simulaciones se acercaron a los datos reales insertando numerosas incompatibilidades genéticas distribuidas en el genoma: combinaciones entre variantes de las dos especies capaces, juntas, de penalizar a los híbridos en las generaciones posteriores.
Esta es una posibilidad respaldada por los modelos, no una prueba de que esas incompatibilidades específicas estén realmente presentes en los espinosos de Ōtsuchi. Los propios autores señalan entre los próximos pasos un análisis más profundo del genoma para comprender qué mecanismos han provocado que las variantes procedentes de especies marinas disminuyan tan rápidamente.
El tsunami los mezcló, las dos especies no se fusionaron
El caso Ōtsuchi interesa a los evolucionistas porque nos permite observar en unos años algo que normalmente se reconstruye mucho más tarde: qué ocurre cuando dos especies ya bien diferenciadas empiezan de repente a intercambiar genes de nuevo.
Aquí el contacto fue brutal y muy rápido. En 2012, casi cuatro de cada diez peces muestreados eran híbridos. En la décima generación, en 629 de los 667 puntos genéticos utilizados para distinguir las dos especies, las variantes de Gasterosteus nipponicus ya no aparecieron en los peces analizados. Sin embargo, algunas regiones del genoma todavía los conservaban.
Mientras tanto, la supervivencia en agua dulce, el comportamiento migratorio, las barreras reproductivas y probablemente otras incompatibilidades genéticas aún por identificar han actuado juntos. El tsunami creó la oportunidad de mezclar la herencia genética de las dos especies. Nueve años después, en aquellos estanques, la mayoría de variantes portadas por espinosos marinos ya habían desaparecido de las muestras.