Polillas negras de la Gran Bretaña industrial: un gen puede oscurecerlas a todas

Más de 100 especies de polillas se volvieron más oscuras para mezclarse con la contaminación durante la revolución industrial de Gran Bretaña, pero ¿todas estas diferentes especies de polillas confiaron en el mismo gen para adaptarse?

En la clase de biología, la mayoría de nosotros aprendimos sobre las polillas salpicadas y cómo cambió su color durante la revolución industrial de Gran Bretaña. Es un sistema simple: básicamente, la polilla moteada, Biston betularia , viene en dos colores, conocidos como "morfos". La forma más común es una polilla blanca con manchas negras en su cuerpo y alas ( Biston betularia f. Typica ). El morfo oscuro o melanístico de esta polilla ( Biston betularia f. Carbonaria ) fue originalmente muy raro, pero se hizo cada vez más común, especialmente alrededor de Manchester, una ciudad industrial inglesa, que comenzó poco antes de 1848. En 1895, la forma melanística superó en número al original. forma blanca hasta en un 98%, gracias a su capacidad de mezclarse con superficies cubiertas de hollín creadas por la contaminación industrial del carbón. Estas superficies oscuras hacían visibles las polillas de cuerpo blanco a las aves hambrientas, que se deleitaban con ellas.

Pero a partir de 1962, las ciudades industriales de Gran Bretaña comenzaron a limpiar su acto. Como resultado, la contaminación del carbón disminuyó, los troncos de los árboles y otras superficies se volvieron más limpios, y la frecuencia de la forma de carbonaria oscura de la polilla moteada disminuyó una vez más debido a las aves hambrientas.

Esta serie de eventos reveló una respuesta evolutiva rápida y altamente visible al rápido cambio ambiental. Además, basándose en una serie de experimentos de reproducción ( ref ), se concluyó que la coloración negra / blanca se realizó en variantes de un solo gen, conocido como alelos. El alelo negro era dominante, lo que significa que una polilla oscura podría tener ya sea uno o dos alelos para melanismo, mientras que el alelo blanco era recesivo, por lo que una polilla blanca debe tener dos alelos para blanco.

Pero la polilla moteada no fue la única especie de polilla en Gran Bretaña que desarrolló una coloración negra con hollín en respuesta a la contaminación por carbón.

"Aunque muchas personas han escuchado sobre el melanismo industrial en la polilla moteada británica, no se aprecia ampliamente que las formas oscuras aumentaron en más de 100 especies de polillas durante el período de contaminación industrial", dijo el autor principal del estudio, el genetista ecológico Ilik Saccheri, profesor de la Universidad de Liverpool La investigación del profesor Saccheri se centra en comprender cómo las polillas pueden adaptarse rápidamente a los cambios ambientales, particularmente cómo desarrollan melanismo industrial y resistencia a los insecticidas, y cómo responden al cambio climático y la fragmentación del hábitat.

"Esto plantea la cuestión de si se basaron en el mismo o en un mecanismo genético similar para lograr este cambio de color", explicó el profesor Saccheri. "Esta no fue una conclusión inevitable porque el melanismo en los insectos puede estar influenciado por muchos genes diferentes".

Para hacer este estudio, un equipo de investigadores de la Universidad de Liverpool y el Museo de Manchester construyó secuencias completas del genoma de la belleza pálida, Phigalia pilosaria y el avellano festoneado, Odontopera bidentata , y comparó esas secuencias con la secuencia completa del genoma de la pimienta. polilla para identificar la genética del melanismo industrial en estas tres especies.

El equipo eligió estas tres especies para enfocarse porque estaban disponibles: los científicos del Museo de la Universidad de Liverpool y Manchester habían estudiado estas tres especies de polillas en la década de 1970.

Los mapas de enlace genético revelaron que la mutación del melanismo se puede encontrar en la misma región para las tres especies de polillas. Más interesante, esta región genética contiene el gen de la corteza en las tres polillas (Figura 2).

El gen de la corteza se identificó en 2016 como un objetivo principal para la selección natural en el orden de los insectos, Lepidópteros ( ref ), que está compuesto por 160,000 polillas y 17,000 especies de mariposas. la corteza es un gen de rápida evolución que actúa sobre el color y el patrón del ala, probablemente regulando el desarrollo celular a escala. Anteriormente se había descubierto que este mismo gen generaba variaciones en el color y el patrón del ala en las mariposas Heliconius ( ref .).

El análisis de las muestras recolectadas de animales salvajes indica que el melanismo en la belleza pálida y la avellana festoneada es mucho más antiguo que el melanismo en la polilla moteada británica más famosa, que probablemente surgió alrededor de 1819 ( ref ), y no se observó hasta algún momento en la década de 1840 .

"Nuestros hallazgos implican que estas formas oscuras pueden persistir a bajas frecuencias en ambientes no contaminados y brindan más apoyo a la idea de que la evolución adaptativa hace uso repetido de la misma maquinaria genética y de desarrollo a lo largo del tiempo evolutivo profundo", dijo el profesor Saccheri.

Quedan muchas preguntas. Por ejemplo, ¿cómo crea el gen de la corteza melanismo? ¿La mutación genética que da lugar al melanismo es la misma para estas tres especies de polillas? Con suerte, las tecnologías modernas nos ayudarán a aprender más sobre el mecanismo preciso de cómo las polillas, como la polilla moteada, se volvieron negras.

Fuente:

Arjen E. van't Hof, Louise A. Reynolds, Carl J. Yung, Laurence M. Cook e Ilik J. Saccheri (2019). Convergencia genética del melanismo industrial en tres polillas geométricas , Biology Letters , 15 (10): 20190582 | doi: 10.1098 / rsbl.2019.0582

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