Hibridación y cambio climático: el caso de la liebre ártica

Las especies que habitan las regiones templadas y árticas disponen de una serie de mecanismos fisiológicos y modos de vida adaptados a los grandes cambios estacionales. Dentro del mundo animal, uno de los cambios más llamativo es el cambio de color que realizan algunas especies. Especialmente el que implica cambios drásticos y contrastados, como es el pelaje o plumaje blanco invernal que adoptan algunas especies en los meses de más frío. Se trata de una adaptación perfectamente sincronizada en la que el pelaje de un individuo cambia de marrón a blanco en cuanto el ambiente se ve cubierto por el manto de nieve, y que vuelve a marrón cuando el calor recupera los colores del paisaje.

Entre los mamíferos que cambian su pelaje encontramos al zorro polar, la liebre de montaña, la liebre americana, el armiño, la comadreja andina o la comadreja común entre otras (Fig. 1). A nadie se le escapa que la principal función del cambio de pelaje es la del camuflaje, ofrecer al individuo un color críptico con el ambiente con el que hacerse casi invisible. Difuminarse en el blanco que lo cubre todo. Ser invisible es necesario para evitar a los depredadores, pero también lo es para poder cazar. Tanto la presa como el cazador han desarrollado en todos los ambientes camuflajes que les permitan no ser detectados por los otros, así tenemos liebres de montaña completamente blancas casi imposibles de ver en una estepa monocromo perseguidas por zorros polares tan blancos e invisibles como ellas. Blanco persiguiendo blanco sobre blanco.

El problema del blanco, es que es un color muy llamativo en la naturaleza fuera de los ambientes homogeneizados por la nieve. En cuanto la nieve desparece el animal blanco, antes invisible, de repente parece un farolillo brillante desplazándose por el bosque o una llanura. El mismo color que le proporcionaba un camuflaje perfecto ahora lo expone y lo convierte en una presa fácil o en un cazador al que resulta imposible pasar inadvertido a sus presas, que lo ven venir de lejos por mucho que se agazape tras un matorral. Eso ha hecho que a lo largo de la evolución, los tiempos de muda se ajustasen y se sincronizaran lo mejor posible con las estaciones para reducir en lo posible el desajuste de colores entre el animal y el ambiente. 

especies cambian color
Fig. 1. Especies que cambian la coloración del pelaje entre estaciones. (a) Liebre americana [Lepus americanus], (b) Liebre de montaña [Lepus timidus], (c) Zorro polar [Alopex lagopus], (d) Armiño [Mustela erminia], (e) Comadreja andina [Mustela frenata]
Para ello, los científicos creen que los animales ajustan los cambios fisiológicos con la ayuda de un reloj biológico interno que se ajusta con el exterior generalmente usando las horas de luz diarias o fotoperiodo. No hay mejor señal, por su estabilidad, que el fotoperiodo para anunciar la llegada del invierno o el verano. No en vano también los humanos hemos usado a lo largo de toda nuestra historia los solsticios como calendarios. Unos años pueden ser más fríos que otros, a veces adelantarse un poco el verano, otros retrasarse el invierno prolongándose las temperaturas del otoño. Así como las temperaturas pueden variar ligeramente entre años, las horas de luz suponen una variable inmutable en el movimiento de la Tierra alrededor del Sol. Por tanto, la duración de la luz es una buena señal del curso de las estaciones. Por ello, casi todos los cambios estacionales de animales y plantas parecen estar sincronizados con las horas de luz primero, y luego se reajustan ligeramente con la temperatura para optimizar el tempo. Los relojes biológicos de liebres, zorros y armiños a lo largo de su distribución han ido siendo seleccionados para que el ajuste entre muda del pelo y cambio de color del paisaje fuese lo más coordinado posible.

Ahora las cosas están cambiando, el calentamiento global observado en las últimas décadas está haciendo que las estaciones de antaño sufran variaciones, los veranos tienden a hacerse más largos y los inviernos más cortos. El incremento general de la temperatura da lugar a que la primavera se avance, fundiendo las nieves y con ello desapareciendo los paisajes níveos días o semanas antes de lo que sucedía unos años atrás. El mismo calentamiento hace que el invierno y las nevadas se retrasen. Y si bien el blanco del paisaje ha cambiado su estacionalidad al depender de la temperatura, las horas de luz no han cambiado. Por suerte, la Tierra sigue como siempre su viaje alrededor de nuestra estrella, pero para la liebre eso implica que ella empieza a cambiar de abrigo o demasiado pronto o demasiado tarde. El reloj biológico que sincronizaba su pelaje con el medio anda estos últimos años desincronizado. Fuera de hora. Siempre llega tarde. Ya no va a la hora con las estaciones, no con la llegada y la retirada de la nieve. Es blanco cuando no toca serlo, con demasiada frecuencia, y durante demasiado tiempo, con todo lo que ello implica. Ser blanco cuando no toca mata.

Y mata especialmente cuando eres una liebre. La liebre, como el conejo ibérico que vimos en otra entrada, es presa de todo tipo de depredadores, zorros, lobos, linces, pumas, búhos, águilas, todos los grandes depredadores quieren hacerse con una liebre. En el equipo de investigadores de L. Scott Mills de la Universidad de Montana, que llevan años estudiando la biología de las liebres americanas (Lepus americanus), las han apodado «las hamburguesas con queso del bosque». Un apodo muy acorde con el país que ha hecho de la hamburguesa su plato nacional y las han exportado al mundo entero a través de sus diferentes, pero iguales, cadenas fastfood. Su grupo de investigación ha observado que el desajuste entre el color blanco de los individuos y el del ambiente es cada vez mayor y que ello supone un verdadero riesgo para la supervivencia de las poblaciones.

Pero en sus investigaciones han identificado también la esperanza que puede ayudar a las poblaciones ha adaptarse al cambio climático y persistir. La liebre americana, al igual que otras especies con mudas de pelaje blanco, tienen en algunas zonas de su distribución poblaciones en las que los individuos no mudan a blanco y permanecen marrones todo el año (Fig. 2). En otras zonas, las poblaciones son polimórficas, con individuos que cambian y otros que no cambian. Son precisamente estas zonas con ambas variables las que los científicos han clasificado como hotspots o «puntos calientes» desde el punto de vista de la conservación. Han identificado zonas en partes del norte de Norteamérica y Eurasia, que consideran deberían ser protegidas y facilitar a su vez la conectividad con el resto de las poblaciones. La idea del grupo es considerar que las mismas fuerzas selectivas que en el pasado provocaron cambios invernales de individuos marrones a blancos, con poblaciones residuales de individuos marrones en zonas determinadas, pueden dar lugar a que los individuos permanezcan marrones a medida que el cambio climático avanza.

LiebreamericanaBLANCA
Fig. 2. Mapa de distribución de la liebre americana (Lepus americanus). La zona verde representa donde se encuentran individuos que cambian el pelaje de marrón a blanco. En rojo, al oeste, la zona donde sólo hay individuos que se mantienen marrones todo el año. En amarillo la región donde hay individuos que cambian a blanco y otros que no. Los individuos que no cambian a blanco tienen una variedad por introgesión del gen Agouti fruto de hibridaciones en el pasado con la liebre californiana (Lepus californicus).

El mismo grupo acaba de publicar un trabajo en el cual desvelan como ha sido parte del proceso evolutivo del pelaje blanco o marrón de sus diferentes poblaciones, y que podría explicar como pueden perder su blanco pelaje las poblaciones en las que dicho color deje de ser un eficiente camuflaje. El mecanismo evolutivo que tuvo lugar en el pasado y que podría salvar a parte de las poblaciones de liebres en el futuro fue la hibridación. Al parecer la hibridación que tuvo lugar varias veces en el pasado entre algunas poblaciones de liebres americanas (L. americanus) con liebres de cola negra o de California (L. californicus) hizo que incorporasen en su genoma una versión del gen Agouti que de alguna manera bloquea el cambio de pelaje. 

El gen Agouti, junto con el Mc1r, es uno de los genes vinculados con la pigmentación de los pelajes. Mientras que las mutaciones en el gen Mc1r suelen implicar cambios en la codificación de las proteínas, los cambios de color observados por variaciones en el gen Agouti parecen deberse a diferencias en la expresión de otros genes. Posiblemente regulando la expresión de genes relacionados con la coloración, aunque sus mecanismos todavía no se conocen. La versión del gen Agouti que acarrean consigo las poblaciones que no viran a blanco en invierno, parece ser una que regula e impide precisamente la expresión de los genes requeridos para realizar la muda a blanco con la llegada de las nieves.

La transferencia de genes entre especies puede acelerar la adaptación

El hallazgo resulta relevante porque pone en evidencia una vez más el papel que puede jugar la hibridación al promover y acelerar la evolución. En lugar de que las mutaciones den lugar a una variación con una nueva funcionalidad o cambio ventajoso, la hibridación permite la transferencia de genes entre especies. Dicho salto de genes entre especies puede ayudar a la supervivencia de las mismas, como en este caso. Con el calentamiento global, las poblaciones que no cambian de pelaje, y en posesión del gen fruto de la hibridación, pueden salvar a la especie en un escenario en el que cada vez los inviernos serán más breves y las nieves menos duraderas. Quizás en el futuro, los individuos invariablemente marrones sean más abundantes en algunas regiones impidiendo así la extinción regional de la especie.

Resulta interesante que la hibridación y sus implicaciones evolutivas se abra paso en el campo de la biología de la conservación. La hibridación en este campo siempre ha sido un tema controvertido. En conservación ha existido una visión dominante en la cual a primado el mantenimiento de las poblaciones o las especies «puras», demonizando casi siempre la hibridación. No es casualidad que el intercambio de genes de una especie a otra, que técnicamente se conoce como «introgresión» en la literatura científica también halla sido llamado: «asimilación genética» (genetic assimilation), «contaminación» (contamination), «infección» (infection), «deterioración genética» (genetic deterioration), «depresión genética» (genetic swamping), «contaminación genética» (genetic pollution), o «agresión genética» (genetic aggression). A excepción del concepto «asimilación genética», el resto de expresiones conllevan una connotación negativa, como si la adquisición de genes de otras especies implicase necesariamente algo negativo. 

¿Qué constituye a una especie genéticamente pura?  

Muchos programas de conservación actuales apuestan por la «pureza» de las poblaciones, para evitar así los posibles efectos nocivos que la hibridación con miembros de otras poblaciones muy alejadas o de otras especies pueden aportarles. En realidad, deberíamos preguntarnos qué es y de dónde proviene la «pureza» genética de la que tanto hablamos. En el mundo vegetal se estima que el 50% de las plantas actuales han sido originadas por la hibridación entre especies. Posiblemente todos los vertebrados a lo largo de su historia evolutiva han tenido algún episodio de hibridación. Sin ir más lejos, nosotros, los humanos, descubrimos hace pocos años que nuestra herencia genética es una mezcla, un producto del cruce en su momento entre el Homo sapiens sapiens con el Homo nearderthalensis y también con el Homo sapiens denisova. De esos cruces obtuvimos por introgresión unos genes que quizás nos permitieron a adaptarnos a los ambientes no africanos con mayor velocidad. En la actualidad, se sabe que un 10% de las aves híbridan de manera natural con otras especies allí donde sus distribuciones se solapan.

Cuanto más sabemos y aprendemos de la hibridación, tanto en sus estudios ecológicos con poblaciones híbridas, como en el análisis comparado de genomas que nos permite descubrir que en el pasado hubo hibridación, mayores son los aspectos filosóficos a los que nos enfrentamos, y que también se plantean en el mudo de la conservación.

¿Cuánto debe controlarse la hibridación en la naturaleza? ¿Resulta ético intentar extirpar especies introducidas porque pueden hibridar con especies nativas? ¿Deberían mantenerse los resultantes híbridos si desarrollan un nuevo rol ecológico? ¿Si exploran y explotan un nicho ecológico no explotado previamente por la especie nativa? No son preguntas sencillas de responder. Pensemos en el caso de la liebre americana. Sabemos que durante años los individuos que mudaban su pelaje a blanco eran los que estaban mejor adaptados, los que mejor sobrevivían en unos inviernos largos y sobre todo blancos. Si hace años se hubiese identificado que la liebre americana en algunas poblaciones hibridaba con la californiana y los híbridos resultantes no cambiaban su pelaje a blanco, ¿no se hubiese identificado este «producto» como mal adaptado? ¿Qué hubiese pasado si hubiesen existido investigadores que abogasen por evitar la hibridación para proteger a la liebre americana? Hoy no tendría la especie la diversidad genética que le proporcionó ese momento de hibridación. Diversidad que hoy, ante unas condiciones ambientales que están cambiando, pueden resultar ser cruciales para la salvación de algunas de sus poblaciones.

El problema de los híbridos con la conservación de la biodiversidad es que muchos conservadores reconocen y aceptan el concepto purista de «especie», como si la especie bien definida fuese un patrón natural y real. La realidad es mucho más compleja, la biodiversidad no está formada por singularidades bien definidas, donde cada especie es una unidad perfectamente reconocible. Lejos este ideal conceptual, las especies no son entidades fijas, ni homogéneas, sino complejos discontinuos en continuo cambio, que suelen variar gradualmente a lo largo y ancho de sus distribuciones geográficas. La hibridación entre especies, subespecies y poblaciones dentro de la especie son fenómenos comunes que aún confunden más la clasificación de lo que entendemos por «especie» y dificultan las medidas de conservación que suelen enfocarse en la biodiversidad y las especies. Aún así, aún sabiendo que las especies tienen una variabilidad gradual y que muchas veces en las zonas limítrofes se cruzan con especies próximas, estas zonas de hibridación y más cuando se detecta que se expanden en una u otra dirección, es común leer en la literatura que se amenaza la «integridad genética» de una de las especies.

¿Pero qué es eso que denominamos «integridad genética» desde un contexto evolutivo? 

Los híbridos, como los individuos no híbridos están sometidos a la selección natural. En las poblaciones donde se den híbridos, puede ser que estos estén en desventaja ecológica y sean eliminados por la selección. Otras veces, los híbridos heredan características de sus progenitores que les confieren ventajas sobre los mismos y acaban imponiéndose. En conservación, donde no es fácil definir la pureza genética de las poblaciones o su integridad genética, sería mejor centrarse en otros aspectos que fuesen más sencillos de evaluar. O al menos más prácticos, como por ejemplo la autenticidad ecológica de las especies. Es decir la funcionalidad ecológica, el nicho ecológico, los recursos que explota una especie y los recursos que puede representar para especies que dependen de ella. Eso nos lleva a visualizar la conservación no tanto desde el punto de vista de la unidad de la especie, sino desde la escala del ecosistema. Poner el foco más en el sistema como un todo y no tanto en la especie.

Por ejemplo, volvamos a las liebres y la hibridación. Hemos visto que en América, la hibridación e introgresión que tuvo lugar en el pasado puede resultar vital para que la liebre americana persista en algunas regiones donde las nieves son cada vez menos abundantes. La hibridación que tuvo lugar atrás en el tiempo puede salvar a estas poblaciones que sin embargo hasta habían estado recluidas en un rango muy limitado dado a su invariable color marrón. Saltemos ahora al otro lado del océano Atlántico, a Escandinavia. Allí tenemos una situación similar. La península la habita la liebre de montaña (Lepus timidus), una especie que al igual que la americana muda de marrón a blanco en invierno. En el sur encontramos la liebre común o europea (Lepus europaeus), una liebre marrón que no cambia su pelaje. Como sus relativos americanos, ambas especies hibridan. Se ha escrito mucho sobre la posible pérdida de la liebre de montaña. Se está observando que la liebre común está expandiéndose hacia el norte recortando área a la otra. Se sugiere que la liebre marrón es mejor competidora, que incluso el cambio climático puede contribuir a su expansión hacia el norte. Se cree que se ayudan para ello de los híbridos. Igual que hemos visto pasa en América, mediante la introgresión, la liebre común (¿podemos seguir hablando de liebre común si son individuos híbridos aunque se parezcan más a la común?) ha «conseguido» unos genes que le permite adaptarse a nuevas latitudes y expandirse hacia el norte. Resulta interesante que un trabajo de 1964 publicado por el ruso Gureev observase que la liebre común que había llegado al norte de Rusia mudaban su pelaje a blanco en invierno. ¿Robarían el gen del cambio de la liebre de montaña como ha sucedido en América entre las dos liebres? De ser así, sería una muestra más de como el intercambio de genes entre especies acelera la adaptación. Pero más allá de eso, lo que este caso pone en evidencia es que las especies y sus rangos de distribución son entes vivos, no inmutables como a veces queremos creer, y que no hay que demonizar la hibridación, es más, en ambos casos, en América y Europa, estamos viendo que el mecanismo podría favorecer la adaptación rápida ante el calentamiento global y contribuir con ello a estabilizar los ecosistemas. Quizás en el futuro en muchas zonas las liebres blancas en invierno serán una estampa del pasado, algo de lo que hablan los viejos del lugar, pero otras liebres marrones habrán ocupado su lugar natural, quizás una especie híbrida que combina lo mejor de una y otra. En todo caso, gracias a la hibridación las liebres seguirán en el ecosistema. Si hay liebres habrá linces, búhos, águilas, zorros y otros animales que dependan de su presencia.

Nos queda mucho por aprender del apasionante mundo de la hibridación, pero sobre todo desprendernos de la visión negativa generalmente asociada al proceso. Más allá de lo científico, los prejuicios por los híbridos muchas veces son históricos y culturales. Se debe ver a la hibridación, sobre todo la natural, como un proceso evolutivo muy importante. No olvidemos, que también nosotros somos descendientes de híbridos. 

 


Lecturas complementarias:

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