El Ártico es una región difícil de colonizar para la vida. Las plantas que viven aquí tienen que hacer frente a cambios bruscos de temperatura y una temporada de crecimiento corta. Las encuestas han encontrado pocas especies de plantas que crecen aquí, pero la investigación de Lovisa Gustafsson y sus colegas muestra que parte de la biodiversidad en el ártico está oculta.

El estudio se basa en un trabajo anterior que encontró tres especies de Drába, o pastos blancos, puede haber más de tres especies. Esta inesperada diversidad se debió al aislamiento reproductivo. Si bien las plantas pueden parecer similares, no se reproducen entre sí y los híbridos que producen son estériles.

Esta especiación es un desafío para el pensamiento evolutivo actual. Como escriben Grundt y sus colegas en su artículo: “La flora ártica ha sido vista durante mucho tiempo como depauperado. De hecho, la disminución de la diversidad biológica con el aumento de la latitud es uno de los patrones más antiguos reconocidos en ecología. Sin embargo, la diversidad se ha cuantificado típicamente como el número de especies morfológicas o 'taxonómicas'. Se sabe poco sobre la diversidad de especies biológicas en el Ártico, porque el reconocimiento de especies biológicas requiere información sobre el aislamiento reproductivo”.

Grundt y sus colegas proponen que Arctic Draba ha desarrollado aislamiento reproductivo para crear nuevas especies. Un problema con la idea de aislamiento reproductivo propuesta por estos autores es que es rápido. El aislamiento reproductivo toma tiempo para desarrollarse. ¿Cuanto tiempo? En este documento, Gustafsson y sus colegas se refieren a trabajos anteriores que encuentran que necesita cuatro millones o incluso ocho millones años en desarrollarse. Señalan que esto es un problema cuando las estimaciones de la edad de la tundra ártica están entre dos y tres millones de años.

Asi es Drába un fenómeno, o está sucediendo algo más en el ártico que no sabemos?

Para averiguarlo, Gustafsson y sus colegas experimentaron con especies recolectadas en el Ártico circumpolar. Seleccionaron seis especies en cuatro familias lejanamente relacionadas. Luego comenzaron a cruzar plantas que se creía que eran de la misma especie reunidas a varias distancias entre sí. Esto produjo más de setecientas plantas que el equipo planteó hasta la madurez. Luego probaron para ver si los híbridos eran estériles. Si las plantas fueran de la misma especie, esperaría tener una descendencia fértil. Gustafsson y sus colegas llevaron su estudio un paso más allá que el trabajo anterior de Grundt y sus colegas. Miraron las semillas híbridas.

Se refirieron a otro trabajo que encontró que incluso cuando los híbridos producían semillas, esas semillas podrían no ser viables, lo que resultaría en falla de semilla híbrida. Se sabe que la falla de la semilla híbrida puede desarrollarse rápidamente. Esta falla generalmente ocurre cuando algo interfiere con el desarrollo del endospermo, la parte de la semilla que proporciona la energía para crecer.

Los resultados fueron sorprendentes. Gustafsson y sus colegas escriben: “Encontramos que también se han desarrollado fuertes incompatibilidades híbridas dentro de cinco (de las seis examinadas) especies árticas pertenecientes a otros géneros de Brassicaceae (cardamina bellidifolia y Cochlearia groenlandica) así como a otras familias de plantas lejanamente relacionadas; saxifragáceas (Saxifraga hiperbórea), ranunculáceas (Ranúnculo pigmeo) y Caryophyllaceae (silene uralensis). Sorprendentemente, la mayoría de las poblaciones examinadas de cada una de estas cinco especies taxonómicas, así como de las tres examinadas por Grundt et al. (2006) han acumulado incompatibilidades híbridas y, por lo tanto, se puede considerar que representan especies incipientes. Se necesitan estudios futuros para abordar la posible diferenciación morfológica entre estas poblaciones, pero es notable que no se ha informado ninguna o muy poca variación morfológica intraespecífica dentro de estas especies en la literatura taxonómica…”

Los hallazgos son un poco sorprendentes. Se piensa que hay un gradiente latitudinal en la diversidad de especies. Los trópicos se consideran puntos críticos donde se encuentra la mayor parte de la diversidad y, a medida que se avanza hacia los polos, la cantidad de especies disminuye. Es una idea formada por no reconocer parte de la diversidad en el Ártico. En lugar de que las fuerzas que impulsan la especiación en los trópicos sean simplemente más fuertes, pueden ser diferentes.

Un conductor para esta diferencia podría ser cuellos de botella genéticos. Tener un acervo genético pequeño podría conducir al desarrollo de incompatibilidades genéticas entre poblaciones. Esto está respaldado por trabajos que muestran una disminución en la diversidad genética lejos de Beringia como las plantas colonizaron el Ártico después de la última glaciación.

Junto con esto, los polinizadores poco confiables significan que la autopolinización puede ser la estrategia reproductiva dominante para las plantas. Detienen, o al menos reducen drásticamente, el intercambio de genes con otras poblaciones, lo que ayuda a crear barreras entre las plantas. Los autores escriben que la autofecundación fue de hecho un problema. "Nuestros resultados son notables porque las cinco especies de autofecundación que cruzamos con éxito mostraron una esterilidad híbrida intraespecífica generalizada, mientras que la única especie cruzada para la que pudimos obtener datos de cruce, Silene acaulis, no lo hizo".

“Nuestros resultados que muestran una especiación incipiente generalizada y rápida en las plantas del Ártico contrastan fuertemente con una visión del Ártico como un “congelador evolutivo” con bajas tasas de evolución y poca diversidad de especies debido a limitaciones ambientales extremas como la baja temperatura, una temporada de crecimiento corta. y sequía…”, escriben Gustafsson y sus colegas. "Más bien, nuestros resultados se suman a un creciente cuerpo de evidencia que sugiere que tanto las plantas como los animales en latitudes altas pueden mostrar tasas de especiación más altas, así como tasas de extinción más altas, en comparación con los trópicos..."

ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN

Gustafsson, ALS, Gussarova, G., Borgen, L., Ikeda, H., Antonelli, A., Marie-Orleach, L., Rieseberg, LH, Brochmann, C., 2021. La rápida evolución del aislamiento reproductivo poscigótico está muy extendida en linajes de plantas del Ártico. Annals of Botany. https://doi.org/10.1093/aob/mcab128