El motor oculto de la evolución: cómo las inversiones en el genoma aceleran la formación de nuevas especies

Viajar a la isla de La Reunión es adentrarse en un mundo de contrastes geográficos y biológicos. Aunque se encuentra en pleno océano Índico, es un departamento francés de ultramar, por lo que forma parte del espacio Schengen y, en sus calles, se paga con euros. Antiguamente conocida como Bourbon, esta joven isla volcánica forma, junto a Mauricio y otras islas menores, el archipiélago de las Mascareñas.

Y si las islas Galápagos sirvieron a Charles Darwin como un gran laboratorio natural para asentar las bases biológicas de la evolución, las Mascareñas han sido históricamente el escenario fundacional para entender la extinción, por haber sido el hogar del célebre pájaro dodo, que desapareció a finales del siglo XVII.

Por otro lado, debido a su enorme dinamismo geológico y a la disponibilidad de nichos ecológicos vacantes, las islas oceánicas jóvenes como La Reunión son también lugares privilegiados para estudiar la especiación –proceso mediante el cual una población de una determinada especie da lugar a otra u otras especies– y la evolución en tiempo real.

La evolución a zancadas

Solemos imaginar la evolución biológica como un proceso meticuloso y extraordinariamente lento, impulsado por la acumulación constante de pequeñas mutaciones a lo largo de millones de años. Sin embargo, como bien argumentó el paleontólogo Stephen Jay Gould con su teoría del equilibrio puntuado, la evolución no siempre es un proceso rítmico y gradual. A menudo, ocurre a saltos. Es así, especialmente, en entornos insulares donde surgen drásticamente nuevos nichos ecológicos. Cuando la vida no tiene millones de años para adaptarse, encuentra vías rápidas para transformarse.

Esta urgencia evolutiva es exactamente lo que observamos en la isla de La Reunión con dos plantas cercanamente emparentadas: Carex boryana y Carex borbonica. A pesar de haberse separado hace apenas medio millón de años –poco tiempo, desde el punto de vista evolutivo–, coincidiendo con el surgimiento de las zonas de alta montaña de la isla, ambas especies muestran morfologías y ecologías radicalmente distintas.

Tal y como el naturalista Alexander von Humboldt ilustró en sus pioneros estudios sobre los pisos de vegetación en los Andes, los gradientes altitudinales de las montañas –cambios en las condiciones ambientales, el clima y los seres vivos que ocurre a medida que ascendemos o bajamos por una zona de gran altura– son laboratorios vivos. En ellos, los biomas o ecosistemas característicos de una zona biogeográfica cambian drásticamente en distancias muy cortas.

En La Reunión, Carex boryana prospera en los húmedos bosques nubosos y selvas de elevación media. Por el contrario, Carex borbonica ha conquistado un piso ecológico extremo y superior: sobrevive en praderas muy secas. Incluso, ha llegado a colonizar auténticos desiertos de cenizas a gran altura bajo el imponente volcán activo del Pitón de la Fournaise.

Los “candados” del ADN: cuando el genoma se da la vuelta

¿Cómo han podido estas dos plantas diferenciarse tanto en tan poco tiempo evolutivo a lo largo de las distintas altitudes? La respuesta no reside únicamente en la lenta acumulación de mutaciones, sino en alteraciones a gran escala en la estructura de su genoma.

Al secuenciar y ensamblar sus genomas en un estudio recientemente publicado, hemos descubierto que la divergencia entre ambas especies se concentra de manera desproporcionada en regiones específicas que han sufrido inversiones cromosómicas. Estas ocurren cuando un segmento masivo de ADN literalmente “se da la vuelta”; es decir, se rompe y se vuelve a insertar en su cromosoma, pero en sentido inverso. Estas regiones invertidas suprimen la recombinación genética local y actúan como un compartimento cerrado, un auténtico “candado” o bloqueo que protege a combinaciones enteras de genes adaptativos para que no se mezclen en caso de que se produzca flujo génico (cruzamientos) entre las dos especies incipientes.

Al suprimir la mezcla genética local, dichas inversiones relajan la llamada selección purificadora, lo que paradójicamente actúa como un acelerador evolutivo en esas zonas concretas.

Este mecanismo permite a los linajes vegetales saltarse las limitaciones evolutivas típicas y adaptarse rápidamente a nuevos entornos. Por ejemplo, algunas de las grandes inversiones detectadas en el genoma de Carex borbonica contienen genes fuertemente relacionados con la supervivencia a la extrema aridez y a las cenizas de las cumbres volcánicas.

El orden subyacente bajo el aparente desorden

Podemos visualizar la complejidad de este proceso observando la estructura del genoma durante la división celular. En la formación de los gametos reproductivos (la meiosis), para que los cromosomas con segmentos de ADN invertidos puedan alinearse correctamente con sus homólogos no invertidos, la estructura física se ve obligada a retorcerse formando intrincados bucles de inversión, lo que genera complejos nudos estructurales en el genoma.

Leonardo da Vinci utilizaba los nudos en sus dibujos para explicar cómo existe un orden profundo bajo un caos aparente. De forma análoga, estos nudos biológicos generados por las secuencias de ADN dadas la vuelta pueden parecer a simple vista un accidente genético o un aparatoso desorden estructural. Sin embargo, en realidad, son los arquitectos de un orden evolutivo superior: bloquean y estructuran la variación genética necesaria para que la vida prospere y se diversifique en las condiciones más adversas.

Nuestro estudio de la evolución biológica en islas como La Reunión contiene una lección fundamental, al mostrar que, para entender cómo se forma la biodiversidad y cómo las especies se adaptan a entornos cambiantes, no basta con leer la secuencia de letras individuales de los genes: la propia arquitectura física del genoma es el motor principal de la divergencia evolutiva. Es decir, en el gran manual de la evolución, la forma en la que se empaqueta y protege la información es tan decisiva como la información misma.

Marcial Escudero recibe fondos de la Red Leonardo de la Fundación BBVA (fBBVA LEO23-2-9663-CMT-CMA-11).