A medida que se acelera el calentamiento global, las olas de calor extremas están provocando la muerte generalizada de los corales de arrecifes tropicales. La mayoría de los corales dependen de pequeñas células de algas que viven dentro de sus tejidos y que realizan la fotosíntesis y producen energía. Los corales utilizan esta energía para construir sus esqueletos que crean la estructura del arrecife.
En nuestro mundo en calentamiento, la evolución de la tolerancia a las olas de calor será fundamental para que persistan las poblaciones de coral. La adaptación natural se produce a lo largo de muchas generaciones y probablemente ya esté en marcha. Pero estas tasas de adaptación podrían verse superadas por el calentamiento de los océanos.
Los científicos y administradores de arrecifes ahora piden una “evolución asistida” para ayudar a acelerar la adaptación. Un enfoque prometedor es la cría selectiva para mejorar la tolerancia a las olas de calor.
Nuestro nuevo estudio explora cómo tales intervenciones podrían ayudar a los corales a resistir futuras olas de calor.
Al examinar la base genética de la tolerancia al calor y otros rasgos importantes de la historia de la vida, incluido el crecimiento, las reservas de energía y la reproducción, revelamos tanto el potencial como los límites de la adaptación evolutiva al estrés por calor extremo. Este trabajo se centra en una población de coral criada en cautiverio que criamos durante ocho años en Palau, un archipiélago en el Pacífico occidental.
El campo de la genética cuantitativa puede arrojar luz sobre rasgos complejos como el crecimiento y la tolerancia al calor, que normalmente están influenciados por cientos o miles de genes. Estas herramientas pueden ayudarnos a maximizar las respuestas evolutivas a la selección y se han utilizado durante mucho tiempo en la agricultura y la cría de animales, desde los cultivos que comemos hasta los perros que tenemos en casa.
Dos conceptos clave son centrales. El “mérito genético” describe el valor de un individuo para la reproducción, y las “correlaciones genéticas” describen cómo los rasgos comparten su base genética subyacente.
Estimarlos requiere medir ciertos rasgos como la tolerancia al calor y recopilar información sobre el parentesco entre individuos, como hermanos o medios hermanos. Pero esto es difícil en el caso de los corales salvajes, que se dispersan ampliamente y normalmente no tienen relación con los individuos vecinos del arrecife.
Nuestra población cautiva, que contiene individuos tanto relacionados como no relacionados, brinda una oportunidad única de aplicar genética cuantitativa a los corales adultos.
Imagínese que una gran ola de calor haya provocado una mortalidad generalizada de los corales. ¿Qué corales deberíamos seleccionar para propagación o reproducción?
Elegir a los supervivientes parece intuitivo, pero la supervivencia por sí sola no garantiza una predisposición genética a la tolerancia al calor. Un coral podría sobrevivir por casualidad: tal vez estuviera a la sombra o tuviera mayores reservas de energía, mientras que todos sus parientes morían. La selección de estos individuos para la reproducción no lograría mejorar la tolerancia a las olas de calor de las generaciones futuras.
Sin embargo, si familias enteras tienden a sobrevivir o morir juntas, eso indica una base genética para la tolerancia a las olas de calor. El uso de la genética cuantitativa en tales casos puede ayudar a tomar decisiones más informadas.
Pero si no ocurre una ola de calor natural, ¿cómo podemos identificar de manera proactiva corales buenos para su manejo? Para hacer esto, necesitamos un indicador: un rasgo fácil de medir que esté genéticamente correlacionado con (y por lo tanto prediga) el mérito genético de un individuo para sobrevivir a la ola de calor.
Probamos la tolerancia al calor de los corales bajo cuatro exposiciones de temperatura diferentes, que van desde una exposición de un mes de duración a 32,5 °C hasta un choque térmico rápido que alcanza los 38,5 °C.
Estas altas temperaturas experimentales van más allá de lo que ocurre en la naturaleza. A medida que las condiciones simuladas se volvieron más cálidas, encontramos correlaciones genéticas cada vez más débiles con la supervivencia a las olas de calor marinas. Estos rasgos de tolerancia exhiben una biología subyacente algo distinta, por lo que la elección cuidadosa de los rasgos es esencial. Probar los rasgos sustitutos incorrectos para identificar los corales objetivo no logrará mejorar la supervivencia de las olas de calor.
Pero la adaptación implica algo más que la simple tolerancia al calor. El crecimiento individual, las reservas de energía y la reproducción son fundamentales para una población sana. Si mejorar la tolerancia al calor se logra a costa de rasgos como estos, socavaría la viabilidad de la población.
Es alentador que no encontramos correlaciones genéticas negativas detectables entre ninguno de los rasgos que estudiamos.
Emparejar el estrés futuro
Para explorar cómo la evolución asistida podría mejorar la tolerancia al calor con el tiempo, desarrollamos una simulación por computadora.
Esto nos demostró que era posible alcanzar niveles de tolerancia capaces de resistir futuras olas de calor, pero solo bajo ciertas condiciones.
Se necesita una selección para apuntar directamente a la supervivencia a largo plazo de las olas de calor. Esto significó elegir solo el 5% de los corales más tolerantes como padres para la reproducción, y tuvo que repetirse a lo largo de varias generaciones.
Pero una selección tan intensa introduce otros desafíos, como mantener la diversidad genética y ampliar los esfuerzos de selección. Si necesitamos reproducirnos a partir de 50 corales para mantener la diversidad genética y hacer solo una selección del 5% superior, entonces necesitamos probar 1000 corales. Esto se vuelve logísticamente muy desafiante.
Los resultados de nuestros modelos muestran que la evolución asistida puede generar ganancias significativas en la tolerancia de los corales a las olas de calor. Pero el éxito dependerá de una cuidadosa elección de rasgos y de una selección fuerte y sostenida.
Reducir las emisiones de gases de efecto invernadero sigue siendo esencial para mitigar el calentamiento futuro. Además de esto, la gestión estratégica de los ecosistemas locales (desde la conservación hasta la evolución asistida) será crucial para ayudar a que especies clave se adapten y persistan en nuestro mundo que se calienta rápidamente.
Liam Lachs, investigador asociado postdoctoral en ecología y evolución del cambio climático, Universidad de Newcastle; Adriana Humanes, Investigadora Asociada Postdoctoral en Ecología de Arrecifes de Coral, Universidad de Newcastle, Universidad de Newcastley James Guest, lector de ecología de arrecifes de coral, Universidad de Newcastle
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