La UGR forma parte de un macroestudio internacional que ayuda a entender qué especies están en riesgo por las variaciones que sufre su entorno
La revista Science ha publicado la investigación
Un estudio internacional pionero, en el que participa la Universidad de Granada, ha descubierto que las plantas pueden evolucionar de forma muy rápida ante el cambio climático. Los datos sobre la velocidad de esa transformación, junto con los cambios genéticos que la acompañan, son fundamentales para crear modelos que ayuden a identificar qué plantas y animales están en riesgo a medida que sus entornos cambian.
Aunque la evolución tiende a seguir patrones parcialmente predecibles en condiciones climáticas parecidas —incluso cuando estas son estresantes—, las plantas siguen dinámicas adaptativas distintas en contextos climáticos diferentes a los que tenían en origen.
Publicado en Science y con participación de investigadores de nueve instituciones españolas, entre las que se encuentran el CREAF, el CSIC, el Instituto de Investigación en Cambio Global de la Universidad Rey Juan Carlos, la Universitat Autònoma de Barcelona, la UGR, la Universidad de Sevilla y Grupo Tragsatec, se basa en el análisis y seguimiento de la evolución respecto al cambio climático de 70.000 individuos de variantes genéticas distintas de plantas Arabidopsis thaliana, 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, 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 experimento en el que se han plantado y seguido durante cinco años 360 pequeñas parcelas de Arabidopsis thaliana simultáneamente, distribuidas en localizaciones en diversos tipos de climas, desde alpino hasta desértico.
Arabidopsis thaliana, la planta que los investigadores han empleado como referencia en esta investigación.
El estudio ha permitido identificar las variantes genéticas asociadas con una adaptación exitosa a diferentes contextos ambientales y las condiciones bajo las cuales la capacidad evolutiva de las poblaciones se ve superada por la presión climática, conduciéndolas a la extinción.
“Durante décadas, desde que los científicos reconocieron los posibles daños ambientales derivados del cambio climático, se han preguntado si las plantas pueden evolucionar lo suficientemente rápido como para adaptarse a un planeta que se calienta a gran velocidad”, plantea el artículo derivado de la investigación.
El trabajo destinado a comprender las respuestas rápidas de las especies va a un ritmo lento, ya que normalmente se basa en experimentos únicos realizados por grupos de investigación aislados.
“No es el caso de este, publicado en Science, que partió de la creación de una red de científicos colaboradores para lograr experimentos simultáneos durante cinco años en 30 localidades con zonas climáticas diferentes de Europa occidental, el Mediterráneo, Oriente Medio y Norteamérica. El estudio ha consistido en permitir que las plantas evolucionaran sin intervención, salvo quitar la competencia de otras especies que crecían espontáneamente”, explica Mohamed Abdelaziz Mohamed, profesor de Genética de la UGR que ha participado en esta investigación.
El objetivo de este experimento único ha sido desentrañar con qué rapidez evolucionarían las plantas —una mezcla genéticamente diversa de la Arabidopsis thaliana, especie anual de la familia de las brasicáceas, a la que también pertenecen la coliflor y la mostaza— bajo distintos estreses climáticos, que van desde los Alpes nevados hasta el calor del desierto del Néguev, y desde áreas urbanas de Europa hasta el subtropical Austin en Estados Unidos.
“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, investigador y profesor en la Universidad de California, Berkeley.
Las plantas seguirán viéndose afectadas por los cambios en los climas locales, “por lo que es imprescindible idear algún tipo de estrategia que ayude a comprender sus posibilidades reales de adaptación climática, por sí mismas o mediante ayudas a la adaptación”, explica el investigador de la UGR Modesto Berbel Cascales, del Departamento de Ecología, quien también trabaja en el macroestudio.
“Para garantizar su supervivencia, hay que generar datos cuantitativos como recurso que permita comprender mejor la adaptación rápida y hacer predicciones, anticipar dónde están los riesgos, dónde podrían encontrarse los umbrales climáticos y en qué aspectos se debe prestar atención”, detalla el investigador de la Facultad de Ciencias.
Dificultades para las plantas en entornos más cálidos
El primer análisis genómico de las muestras de plantas de 12 parcelas distintas en 30 localidades (es decir, 360 unidades experimentales independientes) muestra que, en la mayoría de los casos, las plantas han evolucionado genéticamente para adaptarse a las condiciones ambientales características de cada entorno. Sin embargo, algunas poblaciones experimentales, especialmente aquellas situadas en los climas cálidos más extremos, no han mostrado ninguna señal de evolución temprana. En su lugar, han exhibido trayectorias aparentemente aleatorias previas a su extinción.
El trabajo indica directamente, y por primera vez, cómo ciertas variantes de ADN —variantes adaptativas— llegan a dominar en determinadas poblaciones a medida que ocurre la evolución. Pero los investigadores también han descubierto que no todas las poblaciones se adaptan con la suficiente eficacia como para sobrevivir, especialmente en los entornos más cálidos que, quizás, son los más representativos de los climas futuros.
Esto revela que, aunque la adaptación rápida al cambio climático es posible, el calor extremo reduce las poblaciones a tamaños muy pequeños, donde el potencial adaptativo disponible es reducido por la selección natural y la deriva genética puede precipitar la extinción.
Gráfico de la investigación.
Adaptarse o morir
El objetivo no es solo medir la velocidad de la adaptación evolutiva, sino identificar las variantes alélicas dentro de una población que permiten la adaptación a un entorno cambiante. Cada parcela del estudio contenía una población genéticamente diversa de Arabidopsis thaliana. La expectativa era que esta diversidad garantizara que, al menos, algunas plantas de cada parcela tuvieran la constitución genética que una población resiliente necesita para adaptarse a nuevas condiciones.
Para capturar los cambios en la composición genética, se han muestreado flores cada primavera y se han secuenciado conjuntamente los genomas de todas las plantas supervivientes de cada parcela. A partir de las secuencias de más de 70.000 ejemplares supervivientes en más de 2.500 muestras poblacionales espaciotemporales agrupadas, se han estimado las frecuencias de millones de variantes genéticas (SNP) en cada población, lo que ayuda a identificar qué variantes aumentan o disminuyen con el paso del tiempo. Estas son distintas en climas diferentes, pero similares entre climas parecidos, lo que demuestra la repetibilidad de las adaptaciones.
La señal de que se trataba de una adaptación por selección natural —es decir, la supervivencia de las plantas cuyas variantes (alelos) mejor respondían al nuevo entorno— es que varias de las 12 parcelas situadas en cada ubicación han mostrado cambios similares en la frecuencia de genes.
Otra señal: varias de las 12 parcelas en dos localidades con entornos similares —por ejemplo, los matorrales secos de España y Grecia— han arrojado modificaciones parecidas. Esto se ha observado en 24 de las 30 ubicaciones. Entre los genes más afectados se encuentran aquellos que perciben el estrés térmico y aquellos que controlan el momento en que las plantas florecen.
Aunque algunos cambios genéticos son teóricamente esperables en un experimento así, con abundante diversidad y una exposición climática severa, “es una sorpresa descubrir que la velocidad a la que cambiaban las frecuencias alélicas era mayor de lo que la mayoría de los biólogos habría predicho”, destaca el investigador Mohamed Abdelaziz Mohamed.
Además, no todas las parcelas han tenido una adaptación evolutiva: algunas se han extinguido. Como el equipo ha tomado muestras de cada una de las 360 parcelas anualmente durante varios años, ha podido documentar que aquellas con cambios genéticos aleatorios o sin ellos en los primeros años del experimento han acabado desapareciendo.
“Para que una población sobreviva a largo plazo mientras experimenta el cambio climático, lo más probable es que tenga que pasar por un proceso de selección natural. Lo que implica que, salvo que exista un rescate evolutivo —es decir, que haya genotipos con una mayor aptitud que se propaguen más e incrementen sus frecuencias alélicas—, la población no podrá mantener su tamaño después de cinco años, al menos en los entornos cálidos”, explica Mohamed Abdelaziz.
Un hallazgo adicional del estudio es que las plantas de Arabidopsis thaliana 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
Aunque cada especie podría necesitar su propio experimento a largo plazo para comprender sus vulnerabilidades genéticas, el conocimiento adquirido con Arabidopsis thaliana da lugar a algunas deducciones sobre qué poblaciones van a sobrevivir en cada localización. Es decir, este tipo de modelos, calibrados en una especie modelo y con una comprensión profunda del ritmo de la evolución y de la magnitud del desajuste ecológico debido a la adaptación y al cambio climático, podrían potencialmente ayudar a cientos o miles de especies.
El grupo de trabajo continúa realizando análisis y experimentos evolutivos, algunos de ellos con plantas diferentes a Arabidopsis thaliana. Uno de los objetivos a largo plazo es captar la evolución rápida en poblaciones naturales, observando directamente la variación genética de un año a otro en plantas silvestres que experimentan de forma natural las oscilaciones climáticas y el calentamiento global.
Esto permitirá conocer por primera vez el ritmo constante de la evolución, que permanece oculto dentro de ecosistemas sanos y aparentemente estables. Incluso se podrían llegar a registrar los cambios genéticos repentinos desencadenados por una sequía o un incendio forestal, y diseñar así medidas para proteger especies o mitigar efectos.
Un amplio consorcio, la red Genomics of rapid Evolution to Novel Environment (GrENE net), de alrededor de 75 científicos de EE. UU., España, Noruega, Alemania, Suiza, Canadá, Grecia, Estonia, Polonia, Países Bajos, Francia e Israel, ha desarrollado la investigación entre el otoño de 2017 y la primavera de 2022.
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-UIB-CSIC); Modesto Berbel Cascales y Mohamed Abdelaziz, de la Universidad de Granada (UGR); Arnald Marcer, del Centre de Recerca Ecològica i Aplicacions Forestals (CREAF) y la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB); Ana García Muñoz, de la Universidad de Sevilla (US); Gema Escribano, del Grupo 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).
Contacto:
Mohamed Abdelaziz Mohamed
Departamento de Genética
Facultad de Ciencias
Universidad de Granada
https://www.biochangenet.org/
Correo electrónico: mabdelazizm@ugr.es
Referencia bibliográfica:
X. Wu et al., Rapid adaptation and extinction in synchronized outdoor evolution experiments of Arabidopsis. Science 391, eadz0777(2026). https://doi.org/10.1126/science.adz0777