La genética ecológica es el estudio de la genética en poblaciones naturales. Combina la ecología, la evolución y la genética para comprender los procesos que se encuentran detrás de la adaptación. [1] Es prácticamente sinónimo del campo de la ecología molecular .
Esto contrasta con la genética clásica , que trabaja principalmente con cruces entre cepas de laboratorio, y el análisis de secuencias de ADN , que estudia los genes a nivel molecular.
La investigación en este campo se centra en los rasgos de importancia ecológica, es decir, aquellos que afectan la aptitud de un organismo o su capacidad para sobrevivir y reproducirse. [1] Algunos ejemplos de estos rasgos son el tiempo de floración, la tolerancia a la sequía , el polimorfismo , el mimetismo y la capacidad de evitar los ataques de los depredadores . [2] [ cita requerida ]
La investigación suele implicar una combinación de estudios de campo y de laboratorio. [3] Se pueden llevar muestras de poblaciones naturales al laboratorio para analizar su variación genética. Se observarán los cambios en las poblaciones en diferentes momentos y lugares, y se estudiará el patrón de mortalidad en estas poblaciones. La investigación se realiza a menudo en organismos que tienen tiempos de generación cortos, como los insectos y las comunidades microbianas. [4] [5]
Aunque ya se habían realizado trabajos sobre poblaciones naturales, se reconoce que el campo fue fundado por el biólogo inglés EB Ford (1901-1988) a principios del siglo XX. [ cita requerida ] Ford comenzó a investigar la genética de las poblaciones naturales en 1924 y trabajó extensamente para desarrollar su definición formal de polimorfismo genético . [6] [7] La obra magna de Ford fue Ecological Genetics , que tuvo cuatro ediciones y fue muy influyente. [8]
Otros genetistas ecológicos notables incluyen a RA Fisher y Theodosius Dobzhansky . Fisher ayudó a formar lo que se conoce como la síntesis moderna de la ecología, al fusionar matemáticamente las ideas de Darwin y Mendel . [9] Dobzhansky trabajó en el polimorfismo cromosómico en moscas de la fruta . Él y sus colegas llevaron a cabo estudios sobre poblaciones naturales de especies de Drosophila en el oeste de EE. UU. y México durante muchos años. [10] [11] [12]
Philip Sheppard , Cyril Clarke , Bernard Kettlewell y AJ Cain recibieron una fuerte influencia de Ford; sus carreras se remontan a la era posterior a la Segunda Guerra Mundial. En conjunto, su trabajo sobre los lepidópteros y los grupos sanguíneos humanos estableció el campo y arrojó luz sobre la selección en poblaciones naturales, donde su papel había sido puesto en duda en el pasado. [ cita requerida ]
La genética ecológica está estrechamente ligada al concepto de selección natural . [13] Muchos trabajos de ecología clásica han empleado aspectos de la genética ecológica, investigando cómo la herencia y el medio ambiente afectan a los individuos.
El melanismo industrial en la polilla moteada Biston betularia es un ejemplo bien conocido del proceso de selección natural. [14] [15] El fenotipo típico del color de las alas de B. betularia es el de motas blancas y negras, pero también se dan fenotipos "melánicos" variantes con mayores cantidades de negro. [14] En el siglo XIX, la frecuencia de estas variantes melánicas aumentó rápidamente. Muchos biólogos propusieron explicaciones para este fenómeno. Se demostró a principios de la década de 1910, y nuevamente en muchos estudios posteriores, que las variantes melánicas eran el resultado de alelos dominantes en un solo locus en el genoma de B. betularia . [14] Las explicaciones propuestas, entonces, se centraron en varios factores ambientales que podrían contribuir a la selección natural. En particular, se propuso que la depredación de las aves estaba seleccionando las formas melánicas de la polilla, que eran más crípticas en las áreas industrializadas. [15] HBD Kettlewell investigó esta hipótesis extensamente a principios de la década de 1950.
La incertidumbre sobre si las aves cazaban polillas planteó un desafío inicial, lo que llevó a Kettlewell a realizar una serie de experimentos con aves cautivas. [14] [15] Estos experimentos, aunque inicialmente no tuvieron éxito, descubrieron que cuando se les proporciona una variedad de insectos, las aves cazaban preferentemente las polillas más llamativas: aquellas con una coloración que no coincidía con su entorno. Kettlewell luego realizó experimentos de campo utilizando técnicas de captura y recaptura para investigar la depredación selectiva de polillas en su hábitat natural. Estos experimentos descubrieron que, en los bosques cercanos a las áreas industrializadas, las formas melánicas de polillas se recapturaban a tasas mucho más altas que las formas tradicionales de color más claro, mientras que en los bosques no industrializados, sucedía lo contrario. [15]
Investigaciones más recientes han enfatizado aún más el papel de la genética en el caso del melanismo industrializado en B. betularia . Si bien la investigación ya había enfatizado el papel de los alelos en la determinación del fenotipo del color de las alas, aún se desconocía si los alelos melánicos tenían un solo origen o habían surgido varias veces de forma independiente. El uso de marcado molecular y mapeo cromosómico junto con estudios de población demostró a principios de la década de 2010 que las variantes melánicas de B. betularia tienen un único origen ancestral. [16] Además, las variantes melánicas parecen haber surgido por mutación a partir de un fenotipo de color de ala típico.
La investigación sobre rasgos de importancia ecológica suele centrarse en alelos individuales. [17] Sin embargo, se ha descubierto que, en muchos casos, los fenotipos tienen una base poligénica, es decir, están controlados por muchos alelos diferentes. En particular, es más probable que los rasgos complejos tengan una base poligénica. [18] Los avances en la tecnología genética han permitido a los científicos investigar más de cerca la base genética de los rasgos complejos, lo que ha dado lugar a una acumulación de pruebas que respaldan la importancia del control poligénico para comprender la evolución de estos rasgos.
Una línea de evidencia importante se puede extraer de lo que sabemos sobre la selección artificial y su influencia en los caracteres. [18] Muchos experimentos que han utilizado la selección artificial han encontrado que los caracteres responden de manera rápida y constante. Si sólo una pequeña cantidad de genes tuviera una gran influencia en un carácter particular, esto no se vería. La forma en que los caracteres complejos con variación continua cambian en respuesta a la selección natural se puede explicar más razonablemente por el hecho de que muchos alelos tienen un pequeño efecto en el fenotipo de interés.
La prevalencia de rasgos con una base poligénica plantea algunos problemas a la hora de investigar los rasgos y la adaptación en poblaciones naturales. Separar los efectos de los genes, los factores ambientales y la deriva genética aleatoria sobre los rasgos puede resultar difícil en el caso de rasgos complejos. [13]
Este tipo de trabajos requieren financiación a largo plazo, así como conocimientos básicos de ecología y genética. Ambos son requisitos difíciles de cumplir. Los proyectos de investigación pueden durar más que la carrera de un investigador; por ejemplo, la investigación sobre el mimetismo comenzó hace 150 años y todavía sigue en marcha. [19] [2] La financiación de este tipo de investigación sigue siendo bastante irregular, pero al menos ya no se puede dudar del valor de trabajar con poblaciones naturales en el campo. [ cita requerida ]