La Universidad de Granada participa en un estudio que revela la "rápida" adaptación de las plantas al cambio climático

Un estudio que revela la "rápida" adaptación de las plantas al cambio climático.

- UNIVERSIDAD DE GRANADA (UGR)

GRANADA 26 Mar. (EUROPA PRESS) -

Un estudio internacional pionero, en el que participa la Universidad de Granada (UGR), 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 necesarios 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, las plantas siguen dinámicas adaptativas distintas en contextos climáticos diferentes a los que tenían en origen, según ha detallado la institución académica en una nota.

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 (US) y Grupo Tragsatec, se basa en el análisis de la evolución frente al cambio climático de 70.000 individuos de 'Arabidopsis thaliana', sembrados en 30 localidades de todo el mundo.

Liderado por Moisés Expósito-Alonso (UC Berkeley) junto a François Vasseur (Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive, CNRS) y J.F. Niek Scheepens (Goethe University Frankfurt), el experimento ha seguido durante cinco años 360 parcelas de 'Arabidopsis thaliana' distribuidas en climas desde alpino hasta desértico, evaluando su adaptación genética en distintos entornos.

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.

El objetivo de este experimento 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.

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 360 parcelas experimentales en 30 localidades muestra que la mayoría de las plantas evolucionaron para adaptarse a su entorno. Sin embargo, algunas poblaciones en climas cálidos extremos "no presentan señales de evolución temprana" y muestran trayectorias aparentemente aleatorias antes de extinguirse.

Aunque ciertas variantes de ADN adaptativas llegan a dominar algunas poblaciones, "no todas se adaptan lo suficiente para sobrevivir, especialmente en climas cálidos", donde el calor extremo reduce su tamaño, limita la adaptación y aumenta el riesgo de extinción por deriva genética.

El objetivo del estudio no es solo medir la velocidad de adaptación, sino identificar las variantes alélicas que permiten a las poblaciones ajustarse a entornos cambiantes. Cada parcela contenía una población genéticamente diversa de 'Arabidopsis thaliana', asegurando que algunas plantas tuvieran la combinación genética necesaria para adaptarse.

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".

Para rastrear los cambios genéticos, se muestrearon flores cada primavera y se secuenciaron los genomas de todas las plantas supervivientes. Analizando más de 70.000 individuos en 2.500 muestras poblacionales, se estimaron las frecuencias de millones de variantes genéticas (SNP), mostrando que algunas aumentan o disminuyen con el tiempo. Estas variantes difieren entre climas distintos pero se repiten en climas similares, evidenciando la repetibilidad de la adaptación.

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 doce parcelas situadas en cada ubicación han mostrado cambios similares en la frecuencia de genes.

Otra de las señas ha sido que varias de las doce 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 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, la población no podrá mantener su tamaño después de cinco años, al menos en los entornos cálidos", explica 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.

Aunque cada especie requiere experimentos a largo plazo para entender sus vulnerabilidades genéticas, los estudios con 'Arabidopsis thaliana' permiten inferir qué poblaciones podrían sobrevivir en distintas localidades. Modelos calibrados en esta especie, combinando evolución rápida y desajuste ecológico por adaptación y cambio climático, podrían aplicarse a cientos o miles de especies.

El grupo continúa con análisis y experimentos evolutivos, incluyendo otras plantas, buscando capturar la evolución rápida en poblaciones naturales. Así, se puede observar la variación genética de un año a otro en entornos que enfrentan cambios climáticos, registrando incluso alteraciones súbitas causadas por sequías o incendios, y diseñando estrategias para proteger especies.