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Un estudio halla que intercambiar polinizadores reduce la diversidad de especies


Los biólogos de plantas de la Universidad de Kansas Carolyn Wessinger y Lena Hileman aprecian la belleza de un campo de flores silvestres coloridas tanto como la próxima persona. 


por Mindie Paget, Universidad de Kansas


Pero lo que realmente impulsa su adrenalina es comprender las fuerzas evolutivas que hacen que las flores de la Tierra tengan una variedad tan sorprendente de formas y matices.

Gran parte de esa diversidad proviene de los pájaros y las abejas.

Las flores dependen de estos y otros polinizadores para reproducirse, y pueden adaptarse estratégicamente para atraer a estas criaturas, a veces alterando sus rasgos tan drásticamente que atraen a un polinizador completamente nuevo.

Pero no todas estas estrategias son iguales. En un nuevo artículo publicado en Evolution Letters , Wessinger y Hileman demuestran que abandonar un polinizador por otro para obtener beneficios inmediatos podría comprometer la supervivencia a largo plazo de una flor. La investigación proporciona nuevos conocimientos sobre los procesos biológicos fundamentales que finalmente influyen en la seguridad alimentaria.

«Aproximadamente el 35 por ciento de las especies de cultivos del mundo dependen de los polinizadores animales para la productividad», dijo Hileman, profesor de ecología y biología evolutiva. «Diversas comunidades naturales de plantas con flores y polinizadores asociados contribuyen al mantenimiento de poblaciones de polinizadores importantes para la reproducción de cultivos».

El estudio de KU se centró en Penstemon, un género comúnmente conocido como lenguas de barba. La mayoría de las casi 300 especies de Penstemon en América del Norte son polinizadas por abejas, lo que indica una asociación exitosa a largo plazo. Pero más de 15 linajes de esta flor silvestre perenne se han cambiado para atraer a los polinizadores de colibríes en lugar de las abejas.

«Debido a que Penstemon ha abandonado las abejas para los colibríes tantas veces, es un grupo ideal de plantas para examinar las consecuencias a largo plazo de cambiar a la polinización del colibrí», dijo Wessinger, un becario postdoctoral en el laboratorio de Hileman. «En cierto sentido, la naturaleza nos ha proporcionado una gran cantidad de experimentos replicados para estudiar».

Esos experimentos revelan que una vez que una rama del árbol genealógico de Penstemon cambia a la polinización del colibrí, tal vez porque las abejas se han convertido en polinizadores menos abundantes o confiables, la evolución de nuevas especies en esa rama se ralentiza o se detiene.

Para demostrar este patrón, los científicos de KU recolectaron y secuenciaron ADN que representa el genoma completo de aproximadamente 100 especies relacionadas de Penstemon, luego reconstruyeron sus relaciones en un árbol filogenético con ancestros comunes en sus raíces. Los resultados los sorprendieron: cada vez que una especie polinizada por colibrí emergía en el árbol, aparecía sola o con solo una o dos especies adaptadas a colibrí.

«Esto hace que la polinización del colibrí sea un rasgo sorprendentemente raro en las especies de Penstemon muestreadas, dada la gran cantidad de veces que se produjo este cambio de polinización, 17 veces en nuestra muestra», dijo Wessinger.

Para hacer el vuelo de abeja a colibrí, Penstemon cambia de manera sustancial. Piense en ello como una historia de cortejo: la abeja se encuentra con la flor. La flor cuenta con pétalos azulados a púrpuras visibles para los ojos de las abejas y una estructura corta y abierta ideal para acomodar un néctar robusto que busca insectos. El estambre de la flor se coloca para depositar polen en la espalda de la abeja cuando aterriza.

La polinización se produce. El ecosistema vive feliz para siempre.

Un estudio halla que intercambiar polinizadores reduce la diversidad de especies
Crédito: Universidad de Kansas

Hasta que la naturaleza introduce un giro de la trama. A lo largo del tiempo evolutivo, de miles a millones de años, las flores rojas evolucionan, con largos pétalos tubulares y la producción de más néctar de lo que necesita la abeja. La chispa se ha ido.

Pero estos nuevos rasgos atraen a un pretendiente diferente. El colibrí se apresura a desear una gran recompensa energética para alimentar su metabolismo hiperveloz. Sorbe el néctar a través de su larga lengua mientras se desplaza, no se requiere plataforma de aterrizaje. El romance florece de nuevo.

Entonces, ¿qué impide que Penstemon, polinizado por colibríes, continúe formando nuevas especies una vez que han hecho esta transición?

Tal vez los cambios ocurrieron tan recientemente que simplemente no ha habido tiempo suficiente para que las especies polinizadas por colibríes se vuelvan más comunes, plantearon los investigadores. Sin embargo, a través del modelado estadístico de vanguardia, descartaron esa teoría.

«Nuestros hallazgos indican que el tipo de polinizador en el que se basa una especie de planta floreciente afectará la probabilidad de que el linaje de la planta floreciente persista durante largos períodos de tiempo evolutivo», dijo Hileman. «Este resultado sugiere que el hecho de que veamos tantas plantas polinizadas por insectos en la naturaleza se debe en parte a que tienen un gran éxito en la especiación y la resistencia a la extinción en comparación con las plantas con flores adaptadas al colibrí».

Una pregunta que el estudio deja sin respuesta es por qué la estrategia del colibrí reduce la diversidad. Los investigadores tienen algunas teorías que esperan explorar a continuación. ¿Su favorito? La diversificación de especies ocurre a menudo porque grupos de flores se aíslan unos de otros por un cañón o montaña, por ejemplo. A medida que las poblaciones divididas experimentan diferentes presiones selectivas con el tiempo, pueden adaptarse y divergir lo suficiente como para formar nuevas especies.

«Quizás los colibríes mueven el polen grandes distancias en el curso de sus migraciones estacionales», dijo Wessinger. «Dicha polinización a larga distancia podría ayudar a mantener conexiones genéticas entre poblaciones geográficamente distantes, lo que dificultaría el proceso de especiación».

Curiosamente, estudios similares realizados en regiones tropicales han producido resultados opuestos. La polinización del colibrí en esas áreas se ha relacionado con tasas de diversificación similares o más altas que la polinización de las abejas.

«Creo que eso podría tener que ver con las diferencias en el comportamiento del colibrí en los trópicos frente a América del Norte», dijo Wessinger. «Los colibríes tropicales a menudo pueden ser territoriales, residiendo en un parche de flores y manteniendo a raya a los competidores. Puede que no se muevan grandes distancias entre las plantas».

El estudio de Wessinger y Hileman es parte de un cuerpo de investigación más amplio apoyado por $ 2.5 millones en subvenciones de la National Science Foundation. La financiación los está ayudando a ellos y a un colaborador de la Universidad de Duke a profundizar en los procesos genéticos que dan forma a las complejas flores de Penstemon adaptadas a las abejas y los colibríes.

A medida que comienzan a explorar por qué la polinización del colibrí reduce la diversidad en Penstemon, necesitarán recolectar muestras de especies geográficamente aisladas en la naturaleza. Wessinger está emocionado de salir del laboratorio y entrar al campo, donde le espera la emoción del descubrimiento.

«Hay tanta adrenalina», dijo sobre la búsqueda de flores nativas. «Si no puedo encontrar una población, me siento realmente frustrado. Estás acampando a gran altura; tal vez no estás durmiendo muy bien. Todo se siente demasiado emocional. Pero cuando encuentras lo que estás buscando, es simplemente elación.»


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