La paloma migratoria es famosa por la enormidad de su población histórica en América del Norte (estimada en 3 a 5 mil millones) y por su rápida extinción ante la masacre masiva por parte de los humanos. Sin embargo, sigue siendo un misterio por qué la especie no pudo sobrevivir en al menos unos pocos pequeños, poblaciones aisladas.

Una teoría, que es consistente con los hallazgos de un nuevo estudio publicado el 17 de noviembre en Ciencias , sugiere que las palomas migratorias estaban bien adaptadas para vivir en grandes bandadas, pero mal adaptado a vivir en grupos más pequeños, y el cambio en el tamaño de la población ocurrió tan rápido que no pudieron adaptarse.

"A las palomas migratorias les fue muy bien durante decenas de miles de años, y luego, de repente, se extinguieron. Paradójicamente, su enorme tamaño de población puede haber sido un factor en su extinción, "dijo la autora correspondiente Beth Shapiro, profesor de ecología y biología evolutiva en UC Santa Cruz.

El equipo de Shapiro analizó la diversidad genética de las palomas migratorias, utilizando ADN recuperado de especímenes de museo. Los investigadores confirmaron observaciones anteriores de una diversidad genética notablemente baja en la población de palomas migratorias. Pero donde los investigadores anteriores vieron evidencia de una población inestable que había fluctuado entre altibajos, el nuevo estudio llegó a conclusiones muy diferentes.

"Lo que hicimos, que el estudio anterior no hizo, era observar la variación en la diversidad a través del genoma. Descubrimos que no solo era más bajo de lo esperado en general, también fue más variable, y pudimos ver dónde están esas regiones de alta y baja diversidad en el genoma de la paloma migratoria, "dijo la primera autora Gemma Murray, investigador postdoctoral en el Laboratorio de Paleogenómica de Shapiro en UC Santa Cruz.

El análisis reveló patrones en el genoma de la paloma migratoria que indicaban que la baja diversidad genética de la especie era el resultado de la selección natural que provocó la rápida propagación de mutaciones beneficiosas a través de la población y la eliminación de mutaciones malas. Los investigadores no encontraron los mismos patrones de diversidad genética en todo el genoma en la paloma de cola de banda estrechamente relacionada, que tiene una población relativamente pequeña de alrededor de 2 millones nativa del oeste de América del Norte.

"Cuando observamos las tasas de evolución adaptativa y selección purificadora en ambas especies, Encontramos evidencia de que la selección natural había resultado tanto en una tasa más rápida de evolución adaptativa en las palomas migratorias como en una purga más rápida de mutaciones deletéreas, ", Dijo Murray." Eso es exactamente lo que esperaría ver si la selección está causando las diferencias en la diversidad genética ".

Cuando una mutación beneficiosa se propaga a través de una población, lleva consigo tramos adyacentes de ADN, de modo que las generaciones posteriores portan no solo la buena mutación, sino también secciones enteras de ADN idéntico. Estas regiones de baja diversidad se pueden romper mediante recombinación, el proceso en el que los cromosomas emparejados intercambian secciones de ADN durante la formación de óvulos y espermatozoides (lo que explica por qué los padres no transmiten copias exactas de sus cromosomas a su descendencia).

La recombinación tiende a ocurrir con menos frecuencia en el medio de los cromosomas que en los extremos, una tendencia que es especialmente pronunciada en las aves. En el genoma de la paloma migratoria, los investigadores encontraron que las áreas de baja diversidad genética estaban en el medio de los cromosomas, mientras que las regiones de mayor diversidad estaban en los extremos.

"En los extremos de los cromosomas, nada se arrastra junto con la mutación beneficiosa debido a la alta tasa de recombinación, "Explicó Shapiro.

Cuando los investigadores observaron qué tipos de genes mostraban evidencia de evolución adaptativa, encontraron muchos que podrían estar relacionados con aspectos de la ecología de la paloma migratoria y las demandas de vivir en grandes bandadas. Entre los 32 genes con fuerte evidencia de evolución adaptativa estaban los genes asociados con el sistema inmunológico y la reducción del estrés (grande, las poblaciones densas tienden a tener una alta carga de enfermedad y estrés social) y con la capacidad de comer muchos alimentos determinados.

Estos hallazgos son consistentes con la idea de que la adaptación de la paloma migratoria a grandes poblaciones puede haberse convertido en una desventaja cuando se redujo su población. "Nuestros hallazgos encajan con esa historia, y no encontramos ninguna evidencia de que la población fuera inestable antes de que la gente comenzara a cazarlos, "Dijo Murray.

El estudio también tiene importantes implicaciones teóricas para los genetistas de poblaciones. La teoría de la población predice que las especies con grandes poblaciones deberían tener una mayor diversidad genética que aquellas con poblaciones más pequeñas, pero esta predicción asume que la mayor parte del genoma está evolucionando "neutralmente" a través de la deriva genética, acumulando mutaciones aleatorias sin efectos beneficiosos ni perjudiciales. Los genetistas de poblaciones a menudo usan modelos que asumen una evolución neutral para hacer inferencias sobre la historia de una población.

"Es una suposición común que si una especie tiene baja diversidad genética, pasó por un cuello de botella de población en algún momento del pasado, "Murray explicó.

Pero las predicciones teóricas sobre la relación entre el tamaño de la población y la diversidad genética no se confirman en el mundo real. Esto se conoce como la paradoja de Lewontin (en honor al biólogo evolutivo Richard Lewontin), y según Shapiro, puede deberse a que la selección natural es más eficiente en poblaciones más grandes y puede ahogar los efectos de cambios aleatorios, invalidando el supuesto de evolución neutral.

Se predice que la selección natural tendrá una mayor influencia en grandes poblaciones porque es más probable que surjan mutaciones muy beneficiosas, y también porque en poblaciones pequeñas, los eventos aleatorios tienen un efecto mayor en lo que se transmite a la siguiente generación.

La evidencia en apoyo de esta explicación de la paradoja de Lewontin fue presentada en un artículo de 2015 por Russell Corbett-Detig, profesor asistente de ingeniería biomolecular en UC Santa Cruz y coautor del nuevo artículo. La paloma migratoria y la paloma de cola de banda, especies similares con tamaños de población muy diferentes, ofreció una oportunidad perfecta para probar la idea, Dijo Shapiro.

"La interacción entre el panorama de la recombinación y el enorme tamaño de la población de palomas migratorias nos permite ver qué hay detrás de la paradoja de Lewontin, "Dijo Shapiro." En la mayoría de las especies, Probablemente sea seguro asumir que la mayoría del genoma está evolucionando de manera neutral, pero en el caso de especies con poblaciones muy grandes, es posible que deseemos dudar. Estas herramientas que utilizan la diversidad genética para hacer inferencias sobre cambios históricos en el tamaño de una población no funcionan en absoluto para la paloma migratoria ".