La genética ecológica es el estudio de la genética en poblaciones naturales. Combina ecología, evolución y genética para comprender los procesos detrás de la adaptación. [1]
Esto contrasta con la genética clásica , que trabaja principalmente en cruces entre cepas de laboratorio, y el análisis de secuencias de ADN , que estudia genes a nivel molecular.
La investigación en este campo se centra en rasgos de importancia ecológica: rasgos que afectan la aptitud de un organismo o su capacidad para sobrevivir y reproducirse. [1] Ejemplos de tales rasgos incluyen el tiempo de floración, la tolerancia a la sequía , el polimorfismo , el mimetismo y la evitación de ataques de depredadores . [2] [ cita necesaria ]
La investigación suele implicar una combinación de estudios de campo y de laboratorio. [3] Se podrán 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 suele realizarse en organismos que tienen tiempos de generación cortos, como insectos y comunidades microbianas. [4] [5]
Aunque anteriormente 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 necesaria ] Ford comenzó la investigación sobre la genética de poblaciones naturales en 1924 y trabajó extensamente para desarrollar su definición formal de polimorfismo genético . [6] [7] La obra maestra de Ford fue Genética Ecológica , 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 Estados Unidos y México durante muchos años. [10] [11] [12]
Philip Sheppard , Cyril Clarke , Bernard Kettlewell y AJ Cain fueron todos fuertemente influenciados por Ford; sus carreras datan de la era posterior a la Segunda Guerra Mundial. En conjunto, su trabajo sobre lepidópteros y grupos sanguíneos humanos estableció el campo y arrojó luz sobre la selección en poblaciones naturales, donde alguna vez se había dudado de su papel. [ cita necesaria ]
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 son motas blancas y negras, pero también se producen variantes de fenotipos 'melánicos' 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. A principios de la década de 1910, y nuevamente en muchos estudios posteriores, se demostró que las variantes melánicas eran el resultado de alelos dominantes en un solo locus del 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 de polilla melánica, que eran más crípticas en las áreas industrializadas. [15] HBD Kettlewell investigó ampliamente esta hipótesis a principios de la década de 1950.
La incertidumbre sobre si las aves se alimentaban de 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 se alimentan preferentemente de las polillas más llamativas: aquellas con una coloración incomparable a su entorno. Luego, Kettlewell realizó experimentos de campo utilizando técnicas de marcación y recaptura para investigar la depredación selectiva de las polillas en su hábitat natural. Estos experimentos encontraron que, en los bosques cercanos a las áreas industrializadas, las formas de polilla melánica se recapturaban a un ritmo mucho mayor que las formas tradicionales de colores más claros, mientras que en los bosques no industrializados ocurría 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 origen único 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 de un fenotipo típico de color de ala.
La investigación sobre rasgos ecológicamente importantes a menudo se centra en alelos únicos. [17] Sin embargo, se ha descubierto que en muchos casos, los fenotipos tienen una base poligénica: 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 rasgos complejos, lo que ha llevado a una acumulación de evidencia que respalda la importancia del control poligénico para comprender la evolución de estos rasgos.
Se puede extraer una importante línea de evidencia de lo que sabemos sobre la selección artificial y su influencia en los rasgos. [18] Muchos experimentos que han utilizado selección artificial han encontrado rasgos que responden rápida y constantemente. Si sólo una pequeña cantidad de genes tuviera una gran influencia sobre un rasgo particular, esto no se vería. La forma en que los rasgos complejos con variación continua cambian en respuesta a la selección natural puede explicarse más razonablemente por el hecho de que muchos alelos tienen un pequeño efecto sobre el fenotipo de interés.
La prevalencia de rasgos con base poligénica plantea algunos problemas al investigar los rasgos y la adaptación en poblaciones naturales. Separar los efectos de los genes, los factores ambientales y la deriva genética aleatoria en los rasgos puede resultar difícil cuando se trata de rasgos complejos. [13]
Un trabajo de este tipo necesita financiación a largo plazo, así como una base tanto en ecología como en genética. Ambos son requisitos difíciles. 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 continúa con fuerza. [19] [2] La financiación de este tipo de investigación sigue siendo bastante errática, pero al menos ahora no se puede dudar del valor de trabajar con poblaciones naturales en el campo. [ cita necesaria ]