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Sexo, especiación y física subacuática
Marzo de 2009, actualizado en Julio de 2011
La traducción al Español fue realizada por la Dra. Natalia Biani gracias a una beca de la Sociedad Europea de Biología Evolutiva

cichlid and light spectrum
Si estuviste siguiendo nuestras actualizaciones mensuales, ya sabes que el 2009 es el Año de la Ciencia. Para celebrar el tema de este mes, física y tecnología, Evolución en las noticias relata una reciente historia que señala como comprender física básica puede revelar como la evolución esta ocurriendo hoy — en especial, como la física de la luz tiene influencia sobre la selección sexual, especiación y el colapso de la biodiversidad, producto de la polución causada por los humanos.

Sostener un prisma cerca de una ventana luminosa demuestra un principio básico de la óptica — que la luz blanca que irradia el sol esta, en realidad, compuesta de un arcoíris de colores. A través del aire, todas estas luces de colores viajan en casi la misma forma, pero en agua, diferentes colores viajan en forma distinta. Las moléculas de agua, tienden a absorber la luz roja, dejando que la luz azul viaje hacia las profundidades de los grandes cuerpos de agua. Por esta razón, las aguas profundas de los océanos parecen azules. Sin embargo, todo cambia si el agua esta poblada de partículas. Solo imagínese un rio o un lago que tengan muchos sedimentos en suspensión. Esas partículas de sedimentos son particularmente buenas para absorber la luz azul — lo opuesto a lo que ocurre con las moléculas de agua. Entonces, cuando el sol brilla directamente en aguas con sedimentos, la luz azul esta presente el la superficie, pero unos pocos metros mas abajo, la mayor parte de la luz azul ha sido absorbida y principalmente la luz roja va a penetrar.

¿Donde esta la evolución?
La física de la luz no solo afecta como nosotros vemos las aguas azules, sino que también afecta como los animales que viven en los océanos, lagos y ríos del mundo son capaces de conseguir alimentos y encontrarse entre ellos – y esto, a su vez, puede impactar en su evolución. La selección natural favorece a las características que funcionan bien en las condiciones ambientales locales. Muchas especies de peces, por ejemplo, han evolucionado un sentido de la vista que esta específicamente en sintonía para ver bien en el tipo de luz que esta disponible donde ellos viven. Pero aun más allá de una simple adaptación, la física de la luz puede conducir a la especiación. En realidad, los biólogos recientemente demostraron que la luz que penetra a diferentes profundidades en el Lago Victoria de África aparentemente ha jugado un importante papel para permitir una masiva radiación evolutiva. Más de 500 especies de cíclidos muy coloridos han evolucionado allí en sólo unos pocos cientos de miles de años.

Para comprender como la física de la luz puede promover la especiación, imagínate un lago con agua ligeramente cargada de sedimentos. Cerca de la superficie, la luz azul domina el ambiente visual, pero en aguas mas profundas, la luz roja domina. Una población de peces vive a lo largo de la costa del lago que pasa de aguas muy someras a aguas profundas — por lo tanto, algunos peces pasan la mayor parte de su tiempo en aguas con luz azul y otros pasan la mayor parte de su tiempo en aguas con luz roja. Como todas la poblaciones, los peces tienen variación genética — es decir, cada pez tiene versiones diferentes de genes — y esta variación afecta la habilidad de los peces para ver diferentes colores. Algunos peces tienen genes que les permiten ver mejor en luz azul, mientras que otros tienen ventajas en ambientes con luz roja. Dada la penetración diferencial de luz en el lago, los peces con versiones de genes que los sensibilizan a la luz azul tienen ventaja en aguas someras porque allí pueden encontrar comida y defenderse de los predadores más eficazmente, mientras que los peces que están en sintonía con la luz roja tienen estas ventajas en aguas profundas. Entonces, genes con diferente sensibilidad al color son favorecidos por la selección natural en diferentes partes del hábitat de los peces. A lo largo de muchas generaciones, si los peces no se mueven demasiado dentro de su rango, la sensibilidad al azul evolucionara a ser mas común entre los peces cerca de la superficie del lago y la sensibilidad al rojo será mas común entre los peces que viven en las profundidades.

In shallow water blue coloration and sensitivity to blue light are favored and in deeper water red coloration and sensitivity to red light are favored.

Por si sola, la selección natural actuando sobre la sensibilidad a la luz puede causar algo así como una grieta en la población, pero cuando la selección sexual también es considerada, la divergencia se amplifica. Para entender como, agregue a los peces machos a la ecuación. Ellos tienen alguna variación en color. Algunos machos tienen genes que resultan en una coloración azul, otros tienen genes que resultan en un color rojo. Esto es importante porque las hembras son exigentes con respecto a sus compañeros y tienden a elegir machos muy coloridos como padres para sus crías. En este escenario, los machos azules que viven en aguas profundas tendrían problemas para encontrar pareja por dos razones: (1) hay poca luz azul por allí abajo, por lo tanto aparecerían mas opacos que los machos rojos, y (2) las hembras que viven en aguas profundas tienden a ser menos sensibles a la luz azul que a la luz roja. Por el contrario, los machos rojos que viven en las profundidades serían ganadores en ambos sentidos: su coloración aprovecha al máximo la luz disponible, y las hembras que viven en esas profundidades tienden a tener genes que las hacen más sensibles a la luz roja. Los peces azules que viven en el fondo enfrentan una larga serie de noches solitarias, mientras que los peces rojos del fondo conquistan a todas las chicas. Y por su puesto, cerca de la superficie ocurre lo contrario. A lo largo de muchas generaciones de selección sexual actuando de esta manera, las dos partes de la población pueden divergir. A pesar de ser vecinos, los peces evolucionan hacia una preferencia de aparearse con peces que comparten la misma coloración, sensibilidad a la luz y hábitat. A lo largo del tiempo, las dos sub-poblaciones pueden incluso dejar de aparearse entre sí por completo y evolucionar diferencias suficientes como para ser consideradas especies separadas.

After many generations the two parts of the population have diverged. Blue males that wander down to deeper water are unsuccessful and red males that wander up are unsuccessful. Females prefer males from their own region because their colors match the females' color sensitivity.

A pesar de que el escenario descripto es hipotético y esta basado en la teoría evolutiva, los biólogos han descubierto recientemente evidencias muy fuertes que sostienen que este proceso ha ocurrido realmente en los peces del Lago Victoria. Ellos observaron, junto con otras líneas de evidencias, muchos pares de especies vecinas donde los habitantes de la superficie tienden a ser azules y sensibles a la luz azul, mientras que los peces habitantes de las profundidades tienden a ser rojos y sensibles a la luz roja. Los biólogos están particularmente emocionados acerca de este descubrimiento porque podría representar un modo inusual de especiación. La clase de especiación para la cual es más fácil de obtener evidencia es la especiación alopátrica — es decir, la especiación que ocurre, en parte, por aislamiento geográfico de las especies emergentes. En cambio, estas especies de cíclidos podrían haber evolucionado sin ninguna separación física.

Desafortunadamente, los cíclidos del Lago Victoria enfrentan un futuro incierto. En las últimas décadas muchas especies de cíclidos han desaparecido. Algunas de estas especies han sido empujadas a la extinción por especies exóticas, pero otras parecen haber colapsado entre sí. La creciente deforestación, los escurrimientos de la agricultura y la polución han causado que las aguas del lago se tornen mas turbias. Esto ha dificultado que los peces escojan a sus parejas basadas en el color y ha causado que algunas especies que dependen de señales visuales para elegir parejas (como los peces descriptos anteriormente) se estén entrecruzando — lo cual ha resultado en un menor número de especies distintas y con colores más opacos. Investigaciones recientes sobre como la óptica puede influenciar la evolución de los cíclidos han iluminado los procesos que contribuyen a la fabulosa diversidad de la Tierra, pero también subraya como tan fácilmente esa diversidad puede ser eliminada.

 
Actualizatión, Julio 2011

¡Las investigaciones sobre los coloridos cíclidos del Lago Victoria continúan! Desde que publicamos nuestra primera historia de "Evolución en las noticias" sobre este tema, los científicos han estado en búsqueda de nuevas evidencias que puedan soportar su hipótesis que la física de la luz que penetra en el lago ha contribuido a la especiación de los cíclidos a través de la acción de la selección sexual — ¡y las han encontrado! El año pasado, investigadores europeos han reportado en sus estudios sobre Pundmilia nyererei, un cíclido del Lago Victoria cuyas hembras prefieren aparearse con los machos mas rojos. Ellos encontraron que las hembras de P. nyererei de aguas mas claras del lago eran mas exigentes — y prefieren fuertemente a los machos mas brillantes — que las hembras de aguas mas turbias del lago, las cuales aceptaban machos menos brillantes. Esta situación sostiene la idea de que las aguas turbias del lago pueden afectar la evolución de la preferencia de las hembras — y cuando los sedimentos enturbian el lago, las hembras evolucionan a ser menos exigentes con respecto al color de sus parejas. Puede esperarse que la coloración de las machos evolucione de acuerdo con las preferencias de las hembras. Machos de P. nyererei de aguas claras tienden a ser mas rojos que los machos de aguas turbias.

Estos resultados destacan la amenaza que sufren los cíclidos del Lago Victoria. Mientras las aguas del lago se tornan más y más turbias por la polución y los sedimentos, podemos esperar que esto modele la evolución de las preferencias de las hembras — y si las hembras se tornan menos exigentes, esto podría significar que especies que anteriormente eran distintas comiencen a colapsar unas con otras. En realidad, esto ya esta ocurriendo en algunas áreas. En lugares donde las aguas son particularmente turbias, las hembras de P. nyererei se aparean y se hibridizan con una especie relacionada (Pundamilia pundamilia) cuyos machos son azules.


 

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NESCent Video sobre visión, color and evolución proporcionado por el Centro Nacional para Síntesis Evolutiva (NESCent). Para aprender más, visite el sitio web de NESCent.


Para leer más sobre este tema

Literatura científica:

  • Boughman, J. W. (2002). How sensory drive can promote speciation (Como la motivación sensorial puede promover la especiación). Trends in Ecology and Evolution 17(12):571-577.
    read it

  • Genner, M. J., Seehausen, O., Lunt, D. H., Joyce, D. A., Shaw, P. W., Carvalho, G. R., and Turner, G. F. (2007). Age of cichlids: new dates for ancient lake fish radiations (La edad de los cíclidos: nuevas fechas para una antigua radiación de peces lacustres). Molecular Biology and Evolution 24(5):1269-1282.

  • Maan, M. E., Seehausen, O., and Van Alphen, J. J. M. (2010). Female preferences and male coloration covary with water transparency in a Lake Victoria cichlid fish (Las preferencias de las hembras y coloración de los machos varían en conjunto con la transparencia del agua en los cíclidos del Lago Victoria). Biological Journal of the Linnean Society. 99: 398-406.
    read it

  • Seehausen, O., van Alphen, J. J. M., and Witte, F. (1997). Cichlid fish diversity threatened by eutrophication that curbs sexual selection (La diversidad de cíclidos está amenazada por la eutrofización que frena la acción de la selección sexual). Science 277(5333):1808-1811.
    read it

  • Seehausen, O., Terai, Y., Magalhaes, I. S., Carleton, K. L., Mrosso, H. D. J., Miyagi, R., van der Sluijs, I., Schneider, M. V., Maan, M. E., Tachida, H., Imai, H., and Okada, N. (2008). Speciation through sensory drive in cichlid fish (Especiación a través de motivación de sensibilidad en cíclidos). Nature 455:620-626.
    read it


Artículos en diarios y revistas:

Recursos para comprender la evolución (sitio web: Understanding Evolution):

Discusión y preguntas relacionadas

  1. Revise el concepto de selección natural. ¿Sobre que característica de los cíclidos descriptos anteriormente está actuando la selección natural?

  2. Revise el concepto de selección sexual. ¿Sobre que característica de los cíclidos descriptos anteriormente está actuando la selección sexual?

  3. En las especies de cíclidos descriptos anteriormente, ¿crees que la selección natural y sexual están reforzándose entre sí, actuando en direcciones opuestas o ninguna de estas opciones? Explique su razonamiento.

  4. Lea esta corta descripción sobre investigaciones sobre la evolución de los guppies. En los guppies ¿la selección natural y sexual selección se refuerzan entre sí, se oponen o no tienen ninguna relación entre sí? Explique su razonamiento.

  5. Investigue y describa las características en otros tres organismos (no mencionados en el artículo anterior) que hayan sido afectadas por la selección sexual.

    Lecciones relacionadas y recursos didácticos

    • Enseñe acerca de selección sexual y aptitud: Esta tira cómica para grados de 6 a 12 años refleja los esfuerzos de un grillo macho mientras trata de atraer a una hembra y, en el proceso, refuta los mitos comunes de lo que significa ser evolutivamente "apto."

    • Enseñe acerca de divergencia y especiación: En esta versión de la actividad de picos de pájaros para grados de 6 a 12 años, los estudiantes aprenden como la variación, las diferencias de hábitat y la selección natural pueden conducir a la adaptación y divergencia.


    Referencias

    • Boughman, J. W. (2002). How sensory drive can promote speciation. Trends in Ecology and Evolution 17(12):571-577.

    • Genner, M. J., Seehausen, O., Lunt, D. H., Joyce, D. A., Shaw, P. W., Carvalho, G. R., and Turner, G. F. (2007). Age of cichlids: new dates for ancient lake fish radiations. Molecular Biology and Evolution 24(5):1269-1282.

    • Maan, M. E., Seehausen, O., and Van Alphen, J. J. M. (2010). Female preferences and male coloration covary with water transparency in a Lake Victoria cichlid fish. Biological Journal of the Linnean Society. 99: 398-406.

    • Seehausen, O., van Alphen, J. J. M., and Witte, F. (1997). Cichlid fish diversity threatened by eutrophication that curbs sexual selection. Science 277(5333):1808-1811.

    • Seehausen, O., Terai, Y., Magalhaes, I. S., Carleton, K. L., Mrosso, H. D. J., Miyagi, R., van der Sluijs, I., Schneider, M. V., Maan, M. E., Tachida, H., Imai, H., and Okada, N. (2008). Speciation through sensory drive in cichlid fish. Nature 455:620-626.


light spectrum photo by Dan Young and used under a Creative Commons license; cichlid photo by Erica Marshall of muddyboots.org and used under a Creative Commons license



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