Varias variaciones diferentes de la mariposa cola de golondrina que muestran mimetismo y polimorfismo, o diferentes formas de la misma especie. En el centro, una mujer Papilio polytes que no imita a otra especie. Crédito:Matt Wood, UChicago
Las mariposas cola de golondrina hembra hacen algo que muchas mariposas hacen para sobrevivir:imitan los patrones de las alas, formas y colores de otras especies que son tóxicas para los depredadores. Algunas, pero no todas, las especies de cola de golondrina han desarrollado varias formas diferentes de este rasgo. Pero, ¿qué tipo de cambios genéticos llevaron a estos diversos disfraces, y ¿por qué algunas especies mantendrían una forma sin disfraz cuando el mimetismo proporciona una ventaja evolutiva obvia?
En un nuevo estudio publicado esta semana en Comunicaciones de la naturaleza , Científicos de la Universidad de Chicago analizan datos genéticos de un grupo de especies de cola de golondrina para descubrir cuándo y cómo evolucionó el mimetismo por primera vez. y qué ha estado impulsando esos cambios desde entonces. Es una historia que comenzó hace unos dos millones de años, pero en lugar de constante, cambios progresivos, una oportunidad de cambio genético ayudó a crear los primeros imitadores de cola de golondrina. Y se ha mantenido desde entonces.
"En mariposas con un patrón de color, tenemos un gen en una orientación normal en el cromosoma. En las mariposas con lo inusual patrón de color alternativo, ese gen fue cortado, volteado y luego se vuelve a empalmar en el cromosoma en algún momento, "dijo Marcus Kronforst, Doctor, profesor asociado de ecología y evolución en UChicago y autor principal del estudio.
"Ese tirón, o inversión, evita que los dos genes se recombinen si esos dos tipos diferentes de mariposas se aparean, por lo que han conservado ambas copias del gen durante el tiempo de evolución, desde que se separaron de su antepasado común hace dos millones de años, "Dijo Kronforst.
Por mucho tiempo, Los científicos pensaban que el mimetismo de las mariposas estaba controlado por "supergenes, "grupos de varios genes estrechamente vinculados que siempre se heredaron como grupo. En un estudio de 2014, Kronforst y sus colegas demostraron que lo que parece ser un supergén es en realidad un gen único llamado doble sexo que controla los diferentes patrones de color y formas que vemos en las colas de golondrina hembras.
El gen de doble sexo ya era bien conocido por su papel en la diferenciación entre sexos, pero en las hembras la invertida, o volteado, La versión también dicta los patrones de las alas. Todavía se puede considerar un supergén porque controla la totalidad, proceso complejo de modelado de alas, pero en este caso, es solo un gen.
Varias variaciones diferentes de la mariposa cola de golondrina que muestran mimetismo y polimorfismo, o diferentes formas de la misma especie. Fila 1:una mujer y un hombre Papilio protenor , la especie que está estrechamente relacionada con Papilo polytes , el foco del nuevo estudio. En P. protenor , los machos y las hembras tienen el mismo aspecto y no se imitan. Fila 2: Papilio ambrax , una especie donde los machos y las hembras se ven diferentes y la hembra es una mímica. En esta especie, no hay polimorfismo femenino. El nuevo estudio muestra que su antepasado evolutivo fue polimórfico, pero las hembras perdieron ese tren y solo muestran la forma mimética. Fila 3: Papilio polimórfico politos, (L-R) Una forma femenina mimética (una de las 3 formas miméticas en esta especie), una mujer no mimética, y el macho. Fila 4:una cola de golondrina pariente lejana, Pachliopta aristolochiae . Esta es la especie tóxica que imitan las especies del nuevo estudio. Crédito:Matt Wood, UChicago
En el nuevo estudio, dirigido por el becario postdoctoral Wei Zhang, Doctor, El equipo analizó los datos de la secuencia del genoma completo de Papilio polytes, la mariposa cola de golondrina asiática, y varias especies similares para ver cómo se relacionan entre sí, y cómo se comparan sus copias de doublesex. Usando estos datos, el equipo comparó algunas explicaciones alternativas para los orígenes del mimetismo e identificó factores clave que han mantenido diferentes formas de mimetismo a largo plazo.
La especie más estrechamente relacionada con el grupo de P. polytes, llamado Papilio protenor, se extiende por el continente asiático desde la India hasta Japón y no desarrolló el mimetismo; tanto los machos como las hembras se parecen. Otras especies que se extendieron desde el continente a las islas de Filipinas e Indonesia desarrollaron tres o cuatro formas distintas, una característica conocida como polimorfismo. Otras especies de cola de golondrina se extendieron aún más a Papua Nueva Guinea y la costa noreste de Australia, pero esas hembras muestran solo un patrón de alas disfrazado.
Los investigadores compararon los patrones que vieron en los datos de la secuencia del genoma con algunas posibles explicaciones de cómo estos patrones de mimetismo se desarrollaron a lo largo del tiempo y la geografía. ¿El mimetismo evolucionó de forma independiente en diferentes especies en diferentes momentos? ¿Evolucionó en una especie? y luego propagarse mediante cruzamiento o hibridación?
Parece que el mimetismo en realidad tiene un único origen antiguo, cuando el gen de doble sexo se invirtió hace dos millones de años. Desde esa inversión inicial, Zhang y Kronforst vieron señales de lo que se conoce como selección equilibrada. Cuando un tipo de mariposa se vuelve más común, los depredadores se dan cuenta de que no son tóxicos y comienzan a alimentarse de ellos. Esto reduce el número de esa mariposa en particular, hasta que otro se vuelva más común, etcétera. Finalmente, este proceso equilibra y conserva el número relativo de cada formulario.
También vieron que algunas poblaciones de mariposas han mantenido múltiples formas femeninas durante millones de años. mientras que otros perdieron el original, forma sin disfraz. Históricamente, los grupos más pequeños, por ejemplo. los que se extendieron más a Australia:perdieron el polimorfismo, permitiendo que la deriva genética aleatoria y la selección natural eliminen la forma original.
Los investigadores también analizaron lo que mantuvo el polimorfismo a lo largo del tiempo. Una causa podría ser la selección sexual, que los machos prefieren ciertos patrones de color femeninos sobre otros. Sin embargo, investigaciones anteriores sobre el comportamiento de apareamiento no respaldan esa idea. Otra posibilidad es "crypsis, "o la idea de que las hembras sin disfraz se mezclan con su entorno natural mejor que las imitadoras. Kronforst y el equipo probaron esa hipótesis comparando hembras miméticas y no miméticas con un fondo de bosque verde utilizando modelos para la visión de depredadores (es decir, aves). mimético, las mujeres sin disfraz en realidad no se mezclan con el fondo más que imitan, así que esta idea también está disponible.
Varias variaciones diferentes de la mariposa cola de golondrina que muestran mimetismo y polimorfismo, o diferentes formas de la misma especie. Fila 1:una mujer y un hombre Papilio protenor , la especie que está estrechamente relacionada con Papilo polytes el foco del nuevo estudio. En P. proteno , los machos y las hembras tienen el mismo aspecto y no se imitan. Fila 2: Papilio ambrax una especie donde los machos y las hembras se ven diferentes y la hembra es una mímica. En esta especie, no hay polimorfismo femenino. El nuevo estudio muestra que su antepasado evolutivo fue polimórfico, pero las hembras perdieron ese tren y solo muestran la forma mimética. Fila 3: Papilio polytes polimórficos , (L-R) Una forma femenina mimética (una de las 3 formas miméticas en esta especie), una mujer no mimética, y el macho. Fila 4:una cola de golondrina pariente lejana, Pachliopta aristolochiae . Esta es la especie tóxica que imitan las especies del nuevo estudio. Crédito:Matt Wood, UChicago
Esos dos hallazgos, combinado con los datos de la secuencia genómica, llevó a los investigadores a comenzar a pensar en otra posibilidad intrigante. Podría ser que los cambios genéticos que llevaron al mimetismo en primer lugar también crearan algunas desventajas a largo plazo. Cuando el gen doublesex original se invirtió, probablemente llevaba consigo un montón de otro material genético no relacionado. Dado que el gen doublesex invertido no se puede recombinar con su versión original, el material adicional ha "hecho autostop" desde entonces, y podría tener consecuencias. De hecho, Algunas investigaciones muestran que las imitadores femeninos no viven tanto como los estándar.
"Creemos que un montón de diferencias se capturaron accidentalmente cuando una copia del gen se volteó y se convirtió en la copia mimética. Debido a que muchos de esos cambios son funcionales, podrían ser perjudiciales para la salud, "Dijo Kronforst.
"La idea es que tienes esta desventaja cableada de la mímica. Las hembras estándar no tienen la protección de la mímica, pero tampoco tienen este costo genético inherente y estas dos cosas se compensan entre sí ", dijo.
Ahora que han desentrañado parte de la historia detrás de la evolución del mimetismo, Kronforst dijo que su equipo quiere comenzar a buscar las mutaciones genéticas específicas en el doble sexo que causan diferentes tipos de mimetismo.
"Si podemos encontrar formas de superar todas las diferencias que vemos, deberíamos poder reducirlo a algo mucho más discreto que todas las diferencias que vemos ahora, " él dijo.
El estudio, "Rastreando el origen y la evolución del mimetismo supergénico en las mariposas, "fue apoyado por fondos de investigación de la Universidad de Chicago Neubauer, una beca Pew Biomedical Scholars, la Fundación Nacional de Ciencias y los Institutos Nacionales de Salud. Los autores adicionales incluyen a Erica Westerman de la Universidad de Arkansas, junto con Eyal Nitzany y Stephanie Palmer de la Universidad de Chicago.
