Con 72 especies actualmente identificadas, Espeletia es un género de plantas endémico del páramo, un bioma alpino húmedo exclusivo de los Andes del norte. Este género, que habita en el ecosistema de gran altitud más diverso del mundo, es un ejemplo sobresaliente de éxito adaptativo.

En un nuevo estudio, Los científicos brasileños investigaron la diversidad y distribución geográfica de Espeletia en el páramo; Los resultados, publicado en agosto de 2017 en Informes científicos , sugieren que los investigadores podrían reconstituir con mayor precisión todo el proceso de especiación a través de la metabolómica.

La metabolómica es un área de estudio que se centra en las sustancias químicas sintetizadas por un organismo vivo, un subproducto de su metabolismo, que se utiliza para mapear compuestos químicos inherentes a una especie determinada. Con el fin de hacerlo, una combinación de técnicas que involucran extractos de plantas, datos geográficos, y se requieren estadísticas multivariadas. Los estudios de este tipo suelen basarse en la genómica, Análisis de marcadores de ADN o comparaciones morfológicas.

Investigadores de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas de la Universidad de Sao Paulo (FCFRP-USP) en Brasil han utilizado la huella metabólica por primera vez para explicar las historias evolutivas y las características biogeográficas de Espeletia.

"Básicamente, tomamos las composiciones químicas de las especies de Espeletia y su metaboloma y encontramos una correlación con sus orígenes geográficos. Las especies presentes en los mismos lugares muestran perfiles químicos similares. El mismo vínculo ya se había encontrado utilizando marcadores moleculares pero a una escala geográfica mayor. Esto muestra que la geografía de los Andes no solo determinó la evolución de este grupo de plantas, y posiblemente de otros grupos de plantas de la región, sino que también dieron forma a las composiciones químicas de estas especies, "dijo Federico Padilla, uno de los autores del artículo.

Basado en un estudio apoyado por la Fundación de Investigación de Sao Paulo (FAPESP) a través de una beca de investigación regular, El artículo confirma una hipótesis sobre el origen y las rutas migratorias de Espeletia a lo largo de los Andes del norte propuesto por investigadores del Museo Nacional de Historia Natural de EE. UU. parte de la Institución Smithsonian, en la década de 1990, que hasta ahora estaba parcialmente apoyado por marcadores moleculares.

Según esta hipótesis, la población original de Espeletia se diversificó cuando la primera población del género comenzó a expandirse en dos direcciones desde la parte occidental de la Cordillera de Mérida, el macizo más grande de Venezuela. Una rama se movía a lo largo de los Andes venezolanos, mientras que el otro se movió hacia el oeste y suroeste a lo largo de los Andes colombianos y hacia el norte de Ecuador.

"Históricamente, este tipo de análisis se ha basado en marcadores moleculares. Sin embargo, El análisis genético es incapaz de determinar tendencias biogeográficas específicas con precisión satisfactoria en grupos que han evolucionado recientemente, como el género Espeletia, para lo cual simplemente identifica dos grupos, las especies venezolana y colombiana, "Dijo Padilla.

Adaptación evolutiva del punto de datos de los metabolitos

La hipótesis del Smithsonian fue confirmada por un análisis de los metabolitos secundarios (es decir, los compuestos químicos implicados en la adaptación de las plantas al ecosistema), que apuntaba a patrones de distribución geográfica y diversificación química en los páramos andinos.

"Cada tipo de marcador tiene ventajas y desventajas, "dijo el profesor Fernando Batista da Costa, Supervisor de Padilla y coautor del artículo publicado en Informes científicos . "A diferencia de los animales, las plantas no pueden moverse para adaptarse a tal o cual medio ambiente. En lugar de, producen una amplia gama de compuestos químicos que les ayudan a adaptarse al lugar donde crecen ".

La accidentada topografía de los Andes hace del páramo un bioma altamente fragmentado, biológica y geográficamente comparable a un archipiélago en el que "islas" de vegetación de pastizales abiertos están separadas por densos bosques o valles profundos que impiden que las especies vegetales se comuniquen con otros páramos.

Según el artículo, este aislamiento geográfico es un factor particularmente influyente para las especies con dispersión limitada de semillas y falta de polinizadores a larga distancia, como es el caso de Espeletia.

"Demostramos que su aislamiento favoreció la especiación alopátrica, es decir, la especiación que ocurre en regiones separadas debido a barreras geográficas. Darwin propuso este tipo de especiación en su teoría evolutiva como resultado de sus observaciones en el archipiélago de Galápagos. Allí vio que diferentes islas tenían diferentes especies y que estas especies estaban emparentadas entre sí, ", Dijo Batista da Costa.

Los análisis de los investigadores de las composiciones químicas mostraron que las especies de Espeletia en diferentes páramos difieren no solo genética y morfológicamente, sino también químicamente.

"En cada páramo, la mayoría de las especies acumulan diferentes compuestos químicos que posiblemente estén relacionados con su adaptación a esa área geográfica en particular, "Dijo Padilla." Demostramos, usando evidencia química, que la especiación alopátrica ocurrió en estos páramos y grupos de especies, como se había propuesto en la década de 1990 ".

Aplicación de la metabolómica en otras áreas

Según los investigadores, Este enfoque se puede utilizar para estudiar prácticamente todos los metabolitos de una planta al mismo tiempo.

"En la fitoquímica clásica, estudiamos una planta a la vez y, por lo general, identificamos algunas sustancias químicas, "Dijo Padilla." Con las nuevas técnicas y equipos, como la cromatografía líquida junto con la espectrometría de masas que usamos, ahora podemos ensamblar 100 o más extractos de plantas, analizarlos todos al mismo tiempo, y obtener una matriz de datos que potencialmente represente más de 1, 000 compuestos químicos ".

Los investigadores destacan que se pueden utilizar modelos análogos para obtener huellas metabólicas de otras plantas con el objetivo de analizar sus historias biogeográficas y evolutivas. "Este nuevo modelo se puede utilizar en agricultura, o para plantas medicinales, o incluso por la policía, por ejemplo, para identificar el origen de la marihuana consumida en una región en particular, "dijo Batista.