video: Is Evolution Predictable? This study of Heliconius butterflies says that it isn't. view more
Credit: I4H
Un equipo internacional de científicos que trabajaban con mariposas Heliconius en el Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales (STRI) en Panamá se enfrentó a un misterio: ¿cómo las parejas de mariposas no relacionadas desde Perú hasta Costa Rica desarrollan casi los mismos patrones de color de ala una y otra vez? La respuesta, publicada en Current Biology, cambia para siempre la forma en que comprendemos la evolución.
"Nuestro equipo es el primero en informar que, aunque la evolución de patrones de color similares en Heliconius puede ser impulsada por fuerzas similares, como el caso de los depredadores que evitan un tipo particular de mariposa, el camino hacia ese resultado no es predecible", comentó Carolina Concha, autora principal de la publicación y becaria postdoctoral en STRI. "Esto realmente nos sorprendió porque revela la importancia de la historia y el azar en la configuración de las rutas genéticas que conducen a la imitación del patrón de alas de mariposa".
Los brillantes colores del ala de Heliconius indican a los depredadores que las mariposas son tóxicas. Los llamativos patrones de las alas de los machos indican a las hembras que están eligiendo la especie correcta para aparearse. De alguna manera, estas dos fuerzas, la depredación y el apareamiento, conducen a patrones de alas similares en grupos de mariposas aisladas en los valles montañosos y las laderas de los Andes. Al eliminar un solo gen llamado WntA en 12 especies distintas y sus variantes, los biólogos moleculares del equipo pudieron determinar si un par de mariposas con los mismos patrones de alas estaban usando las mismas rutas genéticas para colorear y modelar sus alas. No lo hacían.
"Imagina que a dos equipos que reciben los mismos bloques de Lego se les pide que construyan el mismo dispositivo", comentó Arnaud Martin, coautor y jefe del Laboratorio Butterfly Evo-Devo de la Universidad George Washington. "Cada equipo realiza la tarea de manera diferente, pero al final, el resultado es el mismo. Las mariposas enfrentan desafíos mucho más serios: construyen estructuras tapizadas de escamas (las alas) que son esenciales para su supervivencia y capacidad de reproducción".
Las preguntas sobre el mimetismo de las mariposas han intrigado a los biólogos durante décadas, pero la tecnología para eliminar selectivamente un solo gen en un organismo vivo no existió hasta hace unos cinco años. Ahora, con la edición genómica usando CRISPR/Cas9, cada vez es más fácil jugar con el código genético. Cuando los investigadores eliminan un gen de diseño principal, como WntA, cambia la estructura microscópica y el color de las escamas que componen el ala de la mariposa y, como resultado, el patrón cambia.
El estudio plantea una serie de interrogantes, como la forma en que WntA interactúa con otros genes para quedar con un área que es roja o negra. Ahora el equipo quiere saber cómo se controla el gen WntA.
"Aprendimos que si bien un gen de desarrollo (WntA) puede tener un papel amplio en la evolución de la mayoría de los patrones de color del ala de la mariposa, su uso preciso para colorear esa ala no es completamente predecible", comentó Riccardo Papa, coautor y profesor de Universidad de Puerto Rico. "Distintas especies con patrones idénticos de color de ala, como las mariposas miméticas, pueden evolucionar usando diferentes estrategias moleculares. ¡Imagina las mismas notas tocadas en diferentes instrumentos!
"Algunas personas dicen que Panamá era una palabra indígena que significa abundancia de mariposas", comentó Owen McMillan, científico y jefe del laboratorio de genómica ecológica de STRI. "Los laboratorios Smithsonian en Gamboa son sin duda uno de los mejores lugares del mundo para comprender cómo evolucionan las mariposas, y esperamos que investigadores inspirados se unan a nosotros mientras continuamos haciendo interrogantes sobre estas criaturas increíblemente hermosas".
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Veinticinco autores del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, la Universidad de Oxford, la Universidad George Washington, la Universidad Estatal de Mississippi, la Universidad de Cambridge, la Universidad de Puerto Rico, la Universidad Estadual de Campinas, la Universidad del Rosario, la Universidad de Chicago y la Universidad Estatal de Carolina del Norte. contribuido a este estudio.
El Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, en ciudad de Panamá, Panamá, es una unidad de la Institución Smithsonian. El Instituto promueve la comprensión de la naturaleza tropical y su importancia para el bienestar de la humanidad, capacita estudiantes para llevar a cabo investigaciones en los trópicos, y fomenta la conservación mediante la concienciación pública sobre la belleza e importancia de los ecosistemas tropicales. Sitio web: http://www.stri.si.edu. Video Promocional: https://www.youtube.com/watch?v=M9JDSIwBegk
Referencia: Concha, C., Wallbank, R.W.R., Hanly, J. et al. 2019. Interplay between developmental flexibility and determinism in the evolution of mimetic Heliconius wing patterns. Current Biology. https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(19)31316-8
Journal
Current Biology