Los herbívoros que deambulan por la sabana africana son enormes y comen mucho. Sin embargo, de alguna manera, todos logran vivir en aproximadamente el mismo lugar, apoyados por el mismo entorno con escasa vegetación. En 2013, los ecologistas querían saber exactamente cómo funcionaba esto. Sin embargo, debido a que los elefantes, las cebras, los búfalos y los impalas recorren muchas millas para alimentarse y no les gustan los humanos curiosos que los miran comer, era casi imposible determinar sus dietas.
Los investigadores se quedaron, como a menudo lo son, para escudriñar la caca. Pero las plantas digeridas eran imposibles de identificar solo con los ojos humanos. Entonces, para este rompecabezas, recurrieron a lo que era una técnica genética relativamente nueva: el código de barras de ADN.
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Los ecologistas llevaron muestras al laboratorio y registraron el ADN de los restos de la planta, buscando un gen específico conocido como Citocromo c oxidasa I. Debido a su ubicación en las mitocondrias de la célula, el gen, conocido como COI para abreviar, tiene una tasa de mutación aproximadamente tres veces la de otras formas de ADN. Eso significa que mostrará de manera más clara las diferencias genéticas entre incluso organismos muy relacionados, lo que lo convierte en una forma útil de separar especies en grupos, desde pájaros hasta mariposas, como la etiqueta en el interior de la camisa o el código de barras de una tienda de comestibles.
Por este ingenioso método, conocido como código de barras de ADN, podemos agradecer a un genetista que se hartó de los métodos "estresantes" y lentos de la taxonomía tradicional. Paul Hebert, biólogo molecular de la Universidad de Guelph en Canadá, recuerda una noche húmeda y nublada que pasó la recolección de insectos en una hoja como investigador postdoctoral en Nueva Guinea.
"Cuando los clasificamos morfológicamente al día siguiente, nos dimos cuenta de que habían entrado miles de especies", dice Hebert. Muchos, por lo que podía ver, nunca habían sido descritos por la ciencia. "Me di cuenta de que una noche había encontrado suficientes especímenes para mantenerme ocupado por el resto de mi vida", dice.
Hebert continúa: "Fue en ese momento que casi ... me di cuenta de que la taxonomía morfológica no podía ser la forma de registrar la vida en nuestro planeta". Regalaba sus colecciones de muestras y se dedicaba a otras investigaciones en biología evolutiva del Ártico. los "hábitats de diversidad de especies más bajos que pude encontrar", en sus palabras, pero el tema de medir la biodiversidad de la Tierra siempre se quedó en el fondo de su mente.
La tecnología continuó avanzando a mediados de la década de 1990, permitiendo a los investigadores aislar y analizar fragmentos de ADN cada vez más pequeños. Hebert, que trabajaba en Australia como investigador visitante, decidió comenzar a "jugar" secuenciando el ADN de diferentes organismos y buscando una única secuencia que pudiera aislarse fácilmente y usarse para distinguir rápidamente las especies. "Me decidí por esta región de genes mitocondriales como eficaz en muchos casos", dice. Eso fue COI.
Hebert decidió probar su método en su propio patio trasero, recolectando decenas de insectos y codificándolos con un código de barras. Descubrió que podía distinguir los errores fácilmente. "Pensé 'Hey, si funciona en 200 especies en mi patio trasero, ¿por qué no funcionará en el planeta?"
Y, con algunas excepciones, sí.
Usando esta técnica, los investigadores en el estudio de la sabana de 2013 pudieron reconstruir las dietas variadas de estos animales coexistentes. "Podríamos decir todo lo que los animales estaban comiendo con códigos de barras de sus excrementos", dice W. John Kress, curador de botánica del Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian, que colaboró en el estudio. Al informar a los administradores y científicos de la vida silvestre exactamente de qué pastos se alimenta cada animal, estos resultados "podrían tener un impacto directo en el diseño de nuevas áreas de conservación para estos animales", dice Kress.
También les dio a los ecólogos una imagen más amplia de cómo funciona todo el ecosistema en conjunto. "Ahora puedes ver cómo estas especies realmente coexisten en la sabana", dice Kress. Hoy en día, la idea misma de lo que hace una especie está cambiando, gracias al código de barras de ADN y otras técnicas genéticas.
Puede que no parezca mucho, en cuanto a vegetación. Pero de alguna manera, la sabana africana admite una variedad de herbívoros icónicos. El código de barras de ADN ayuda a mostrar cómo. (Cultura RM / Alamy) Desde los días de Darwin, los taxonomistas han cribado especies en función de lo que pudieron observar. Es decir, si parece un pato, camina como un pato y suena como un pato, tíralo a la pila de patos. El advenimiento de la secuenciación del ADN en la década de 1980 cambió el juego. Ahora, al leer el código genético que hace que un organismo sea lo que es, los científicos podrían obtener nuevas ideas sobre la historia evolutiva de las especies. Sin embargo, comparar los millones o miles de millones de pares de bases que componen el genoma puede ser una propuesta costosa y lenta.
Con un marcador como Cytochrome c oxidase I, puede identificar estas distinciones de manera más rápida y eficiente. El código de barras puede decirle en cuestión de horas, que es el tiempo que lleva secuenciar un código de barras de ADN en un laboratorio de biología molecular bien equipado, que dos especies que se ven exactamente iguales en la superficie son sustancialmente diferentes a nivel genético. El año pasado, los científicos en Chile usaron códigos de barras de ADN para identificar una nueva especie de abeja que los investigadores de insectos habían perdido durante los últimos 160 años.
Trabajando con Hebert, expertos como el curador de entomología del Museo Nacional de Historia Natural John Burns han podido distinguir muchos organismos que alguna vez se pensó que eran la misma especie. Los avances en la técnica ahora permiten a los investigadores codificar códigos de barras de especímenes de museos del siglo XIX, dice Burns, abriendo la posibilidad de reclasificar definiciones de especies establecidas desde hace mucho tiempo. Un año después de que Hebert describiera el código de barras del ADN, Burns lo usó él mismo para identificar uno de esos casos, una especie de mariposa identificada en la década de 1700 que resultó ser en realidad 10 especies separadas.
Fijar definiciones de especies turbias tiene ramificaciones fuera de la academia. Puede dar a los científicos y legisladores una mejor idea del número y la salud de una especie, información crucial para protegerla, dice Craig Hilton-Taylor, quien administra la "Lista Roja" de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza. Si bien la organización depende de diferentes grupos de expertos que pueden trabajar desde diferentes perspectivas sobre la mejor manera de definir una especie, el código de barras de ADN ha ayudado a muchos de estos grupos a discriminar con mayor precisión entre las diferentes especies.
"Les pedimos que piensen en toda la nueva evidencia genética que se está presentando ahora", dice Hilton-Taylor sobre los procedimientos de la UICN hoy.
Aunque innovadora, la técnica de código de barras original tenía limitaciones. Por ejemplo, solo funcionó en animales, no en plantas porque el gen COI no mutaba lo suficientemente rápido en las plantas. En 2007, Kress ayudó a expandir la técnica de Hebert al identificar otros genes que mutan de manera similar rápidamente en las plantas, permitiendo que se realicen estudios como el de la sabana.
Kress recuerda cómo, a partir de 2008, él y un ex colega suyo, el ecologista de la Universidad de Connecticut, Carlos García-Robledo, utilizaron códigos de barras de ADN para comparar las diversas plantas de las que se alimentaban las diferentes especies de insectos en la selva tropical costarricense. Pudieron recolectar insectos, molerlos y secuenciar rápidamente el ADN de sus intestinos para determinar qué estaban comiendo.
Anteriormente, García-Robledo y otros científicos habrían tenido que seguir tediosamente a los insectos y documentar sus dietas. "Puede llevar años para que un investigador comprenda completamente las dietas de una comunidad de herbívoros de insectos en una selva tropical sin la ayuda de códigos de barras de ADN", dijo Garcá-Robledo a Smithsonian Insider en una entrevista de 2013.
Desde entonces, han podido extender esa investigación al observar cómo el número de especies y sus dietas difieren en diferentes elevaciones, y cómo el aumento de las temperaturas debido al cambio climático podría afectar esto a medida que las especies se ven obligadas a moverse cada vez más alto. "Hemos desarrollado una red completa y compleja de cómo interactúan los insectos y las plantas, lo cual era imposible de hacer antes", dice Kress.
"De repente, de una manera mucho más simple, usando ADN, podríamos rastrear, cuantificar y repetir estos experimentos y comprender estas cosas de una manera mucho más detallada", agrega. Kress y otros investigadores ahora también están utilizando códigos de barras para analizar muestras de suelo para las comunidades de organismos que los habitan, dice. El código de barras también promete ayudar a identificar los restos de material genético que se encuentran en el medio ambiente.
"Para los ecologistas", dice Kress, "el código de barras de ADN realmente está abriendo una forma completamente diferente de rastrear cosas en hábitats donde antes no podíamos rastrearlas".
Al permitir a los científicos examinar un gen específico en lugar de tener que secuenciar genomas completos y compararlos, Hebert esperaba que su método permitiera que el análisis genético y la identificación se realizaran de manera mucho más rápida y económica que la secuenciación completa. "Los últimos 14 años han demostrado que funciona de manera mucho más efectiva y es mucho más simple de implementar de lo que esperaba", dice ahora.
Pero todavía ve espacio para el progreso. "Realmente estamos lidiando con datos inadecuados en términos de abundancia y distribución de especies", dice Hebert sobre los conservacionistas ahora. La mejora rápida de la tecnología para analizar muestras de ADN más rápido y con menos material requerido combinado con códigos de barras de ADN ofrece una salida, dice Hebert, con escáneres modernos que ya pueden leer cientos de millones de pares de bases en horas, en comparación con los miles de pares de bases que podrían ser leído en ese mismo tiempo por la tecnología anterior.
Hebert imagina un futuro en el que el ADN se recolecta y secuencia automáticamente de sensores de todo el mundo, lo que permite a los conservacionistas y taxonomistas acceder a grandes cantidades de datos sobre la salud y la distribución de varias especies. Él está trabajando ahora para organizar una biblioteca mundial de códigos de barras de ADN que los científicos pueden usar para identificar rápidamente un espécimen desconocido, algo así como un Pokédex de la vida real.
"¿Cómo predecirías el cambio climático si estuvieras leyendo la temperatura en un punto del planeta o un día al año?", Señala Hebert. "Si vamos a tomarnos en serio la conservación de la biodiversidad, solo tenemos que cambiar por completo nuestras opiniones sobre la cantidad de monitoreo que se requerirá".
