biología del desarrollo evolutivo ecológico

La biología del desarrollo evolutiva ecológica (eco-evo-devo) es un campo de la biología que combina la ecología , la biología del desarrollo y la biología evolutiva para examinar su relación. El concepto está estrechamente vinculado a múltiples mecanismos biológicos. Los efectos de la eco-evo-devo pueden ser resultado de la plasticidad del desarrollo , de relaciones simbióticas o heredados epigenéticamente . La superposición entre la plasticidad del desarrollo y las simbiosis arraigadas en conceptos evolutivos define la biología del desarrollo evolutiva ecológica. Las interacciones huésped-microorganismo durante el desarrollo caracterizan las relaciones simbióticas, mientras que el espectro de fenotipos arraigados en la canalización con respuesta a señales ambientales resalta la plasticidad. ^{[ 1 ]} La plasticidad del desarrollo controlada por la temperatura ambiental puede poner a ciertas especies en riesgo como resultado del cambio climático.

La plasticidad fenotípica o del desarrollo es la alteración del desarrollo a través de factores ambientales. ^{[ 2 ]} Estos factores pueden inducir múltiples tipos de variantes que aumentan la aptitud de un organismo en función del entorno en el que se encuentra. Estas alteraciones pueden estar relacionadas con la defensa, la depredación , la determinación del sexo y la selección sexual. ^{[ 2 ]}

La adaptación impulsada por la plasticidad actúa sobre la evolución de tres maneras: acomodación fenotípica, acomodación genética y asimilación genética. La acomodación fenotípica se produce cuando un organismo ajusta su fenotipo para adaptarse mejor a su entorno sin ser inducido genéticamente. ^{[ 3 ] [ 2 ]} El rasgo seleccionado por el entorno mediante la acomodación fenotípica puede entonces integrarse en el genoma. Este proceso se denomina acomodación genética. La acomodación genética permite la transmisión de rasgos producidos por el entorno y proporciona mejores respuestas a los cambios ambientales. ^{[ 4 ]} Por último, la asimilación genética se produce cuando el fenotipo inducido se fija en el genoma. El rasgo ya no está inducido por el entorno. En esta etapa se pierde la plasticidad, ya que cuando desaparece el estímulo ambiental, el fenotipo permanece. ^{[ 2 ] [ 5 ]}

En algunos casos, las especies modifican su entorno para adaptarlo. Este fenómeno se denomina construcción de nicho . Estos organismos pueden cambiar condiciones desfavorables para que les sean favorables. Estos cambios alivian las presiones selectivas y les otorgan una ventaja que de otro modo tendrían. Estas ventajas pueden ser la creación de refugios como nidos y madrigueras, la modificación física o química del entorno o la generación de sombra. ^{[ 2 ] [ 6 ]}

La herencia epigenética es el fenómeno de la herencia de marcas epigenéticas en el ADN, a menudo inducidas por factores ambientales. Un ejemplo sencillo es la permutación, descrita inicialmente en plantas, donde la forma o el color de las semillas pueden alterar un alelo homólogo. ^{[ 7 ]} Estas marcas modifican los patrones de expresión génica, que luego pueden transmitirse a la siguiente generación, creando así una forma en que las señales ambientales pueden influir en el desarrollo de la descendencia del organismo.

Las teorías de la herencia epigenética se basan en teorías como la propuesta por el científico francés Jean-Baptiste Lamarck , también conocida como herencia lamarckiana . Lamarck afirmó que un organismo puede transmitir a su descendencia características físicas adquiridas por un organismo progenitor mediante el uso o la falta de uso durante su vida. Actualmente se sabe que esta teoría es incompleta e inexacta, ya que las secuencias de ADN están altamente conservadas y no cambian (salvo por mutación) a lo largo de la vida de un individuo. Además, los individuos pueden portar muchos rasgos o genes que no utilizan en diferentes loci. Sin embargo, la herencia epigenética, al igual que factores ambientales como la temperatura o la disponibilidad de alimentos durante la vida de los progenitores, puede influir en los patrones de desarrollo de la descendencia. Un ejemplo de esto es la nutrición durante la infancia: se ha demostrado que una nutrición deficiente dificulta el desarrollo puberal adecuado en los adolescentes humanos. ^{[ 8 ]}

Esto también puede forzar a algunos genes que previamente estaban inactivados y silenciados, como los de la heterocromatina , a activarse en la eucromatina , y viceversa. ^{[ 9 ]} El campo de la biología del desarrollo evolutivo ecológico tiene como objetivo evaluar cómo los factores ecológicos más amplios y los factores de estrés ambiental, como la desnutrición y la temperatura en un organismo, pueden afectar a las siguientes generaciones de ese organismo, y qué papel más amplio tiene la herencia epigenética en las tendencias evolutivas. ^{[ 7 ]}

La simbiosis describe la relación entre dos especies que viven estrechamente en un entorno, y las interacciones simbióticas influyen significativamente en la dinámica eco-evo-devo. Muchos organismos simbióticos han coevolucionado y, con el tiempo, se han vuelto dependientes de estas relaciones. El efecto en cualquiera de los organismos involucrados puede ser positivo, neutro o negativo, y estos efectos se utilizan para categorizar ampliamente los diferentes tipos de relaciones simbióticas. Las relaciones simbióticas generalmente se clasifican en mutualismo , comensalismo , parasitismo / depredación , amensalismo o competencia , aunque se pueden usar otras categorizaciones para describir interacciones más complejas o poco comunes. La relación entre el pez payaso y las anémonas es un ejemplo de simbiosis mutualista. ^{[ 11 ]} Los mutualismos son particularmente comunes entre ectotermos, lo que hace que estas relaciones simbióticas sean algunas de las más amenazadas por el cambio climático . ^{[ 12 ]}

El cambio climático puede alterar el desarrollo de los organismos. Como un tipo de plasticidad del desarrollo, la determinación del sexo de ciertos animales puede verse influenciada por la temperatura del ambiente. Algunos reptiles y peces de aletas radiadas dependen de la determinación del sexo dependiente de la temperatura (DSD). La determinación tiene lugar durante un período específico del desarrollo embrionario. Aunque los mecanismos exactos de este tipo de determinación del sexo siguen siendo desconocidos para la mayoría de las especies, se han encontrado proteínas sensibles a la temperatura que determinan el sexo de los caimanes. ^{[ 17 ]} Los efectos del aumento de las temperaturas ya se pueden observar en animales, por ejemplo, la tortuga verde. Las tortugas marinas producen más hembras cuando se exponen a temperaturas más altas. ^{[ 18 ]} Como resultado, las poblaciones adultas de tortuga verde son actualmente 65% hembras en playas más frías, pero pueden alcanzar el 85% en sus playas de anidación más cálidas. ^{[ 19 ]} En contraste con el aumento de la proporción de hembras de las tortugas marinas, los peces que utilizan la DSD, como el lenguado del sur , generalmente producen más machos en respuesta a temperaturas más altas. ^{[ 20 ]} Las especies cuya determinación del sexo está fuertemente influenciada por la temperatura pueden estar particularmente en riesgo debido al cambio climático. Desde un punto de vista evolutivo, los cromosomas sexuales de las tortugas marinas difieren de los de otras especies de reptiles, y esta diferencia las hace susceptibles a la determinación del sexo dependiente de la temperatura (DSD). Los investigadores creen que vale la pena estudiar este fenómeno, ya que el cambio climático podría afectar algún día a otros tipos de vertebrados. ^{[ 21 ]}

El aumento de las temperaturas globales puede disminuir la cantidad de variación genética , perjudicando las posibilidades de supervivencia de especies específicas. ^{[ 22 ]} Contar con un amplio acervo genético es crucial para poder adaptarse a las condiciones ambientales y las enfermedades. El cambio climático puede reducir la cantidad de diversidad genética en una población con el tiempo y es extremadamente perjudicial para la aptitud general de los individuos en una población determinada. ^{[ 23 ]}

El cambio climático afecta a más que solo los animales en lo que respecta al desarrollo. También afecta a las personas, especialmente a las de los países en desarrollo. Por ejemplo, las mujeres embarazadas que viven en zonas donde las sequías son más frecuentes debido al cambio climático pueden sufrir deshidratación, lo que puede tener efectos perjudiciales en el desarrollo de sus hijos. ^{[ 24 ]} La deshidratación puede provocar una disminución de los niveles de líquido amniótico, lo que se correlaciona directamente con el desarrollo del bebé e incluso puede causar un parto prematuro. ^{[ 25 ]} La desnutrición infantil es un grave problema en los países en desarrollo . El aumento de las temperaturas globales puede alterar las temporadas de cultivo de ciertos grupos de alimentos, lo que dificulta que los niños obtengan los nutrientes adecuados que necesitan para un desarrollo humano óptimo. ^{[ 26 ]}

La biología ecológica, evolutiva y del desarrollo compara estas subdisciplinas biológicas. La interacción entre los organismos y el medio ambiente es fundamental. El cambio climático altera profundamente estas interacciones y genera preocupación respecto al bienestar general de nuestro ecosistema. El cambio climático afecta drásticamente a los seres humanos, los animales, las plantas y las bacterias, así como a sus relaciones simbióticas. Es crucial que científicos, investigadores y personas de todo el mundo colaboren para encontrar la mejor estrategia para preservar la biodiversidad y frenar el aumento de las temperaturas globales y los efectos del cambio climático.

• mitigación del cambio climático