Y yo quiero ser...Biogeógrafa
(Por
Isabel Sanmartín Bastida)
Mi interés por
la Biogeografía nació cuando estaba realizando mi Tesis Doctoral en el Museo
Nacional de Ciencias Naturales en Madrid. Estudiaba entonces un grupo de
escarabajos "sanjuaneros", algunas de cuyas especies eran plaga de
los olivos en Andalucía. Las hembras de estas especies eran ápteras (sin alas)
y los machos vivían apenas uno o dos días (lo suficiente para reproducirse);
las larvas ("gusanos blancos") eran los responsables de los daños en
la agricultura, vivían tres años bajo tierra y se alimentaban de las raíces del
olivo. Lo extraordinario era que este grupo de escarabajos, con escasa movilidad
y corta vida adulta, había sido capaz de extenderse por todo el sur de la
Península Ibérica, y sus parientes habían colonizado áreas tan alejadas como el
Caúcaso o islas mediterráneas como Sicilia o Creta. ¿Cómo llegaron hasta allí?
¿Cuándo colonizaron estos escarabajos la Península Ibérica: recientemente o hace
millones de años? La Biogeografía ("bio"=vida, "geografía"=descripción
de la Tierra) es la ciencia que estudia dónde y cómo se distribuye la
diversidad biológica en nuestro planeta y también el por qué, los mecanismos o procesos
responsables. Por ejemplo, las regiones tropicales próximas al Ecuador albergan
un mayor número de especies en comparación con las regiones templadas o las
polares: ¿se debe esto a diferencias en el clima o a que la mayoría de las especies
se originaron en esas regiones tropicales y sólo recientemente han colonizado
regiones templadas y polares? Otro puzle biogeográfico: las aves ratites
(superorden Paleognatha), a las que pertenecen el avestruz, el casuario, o el
ñandú, carecen de la capacidad de volar y sin embargo ocupan casi todos los
continentes del Hemisferio Sur – Nueva Zelanda, Australia, Sudamérica, África, y
Nueva Guinea (Fig. 1a). ¿Cómo cruzaron el Mar de Tasmania o el Océano Pacífico
estas aves? ¿Acaso podían volar sus ancestros y luego perdieron esta capacidad
como sucede con muchas especies que habitan islas oceánicas? ¿O utilizaron
"puentes de tierra" ahora sumergidos para cruzar entre continentes?
Lo que resulta más interesante de la Biogeografía es que la respuesta implica a
menudo encontrar evidencias en distintas ciencias, como la geología, la
ecología, la biología molecular, o la paleontología.
Fig. 1. Biogeografía de las aves
ratites (avestruz, causario, ñandú, etc), mostrando su distribución actual en
los continentes del Hemisferio Sur (a) y la posición de estos continentes hace
150 millones de años (b).
Un poco de historia
Cuando Isaac
Newton afirmó que "se había subido a los hombros de gigantes" para crear
su revolucionaria Teoría de la Gravitación Universal, se refería a que se había
basado en el conocimiento acumulado durante siglos por otros grandes
matemáticos y pensadores. Esta verdad se puede aplicar a la Biogeografía, que
nació como ciencia en la Era de la Exploración (siglos XVIII y XIX) y se
alimentó de datos acumulados por científicos de la talla de Alexander von
Humboldt, el gran viajero, o Charles Darwin y Alfred Wallace, los
"padres" de la Teoría de la Evolución por Selección Natural, pero también
de los grandes descubrimientos técnicos del último siglo, como el sonar. De
hecho, la historia de la Biogeografía es la historia de pequeños grandes pasos.
Empecemos desde el principio...Cuando el científico sueco Carlos Linneo (s.
XVIII), el inventor de nuestro sistema para nombrar las especies con dos
nombres (p. e."Homo sapiens"), se encontró con el dilema de explicar cómo
era posible si las especies eran el producto de la creación divina, y por tanto
inmutables, fueran tan diferentes, se le ocurrió la idea de que todos los
animales y plantas se originaron en la "Montaña Paraíso", en la que
habitaban diferentes altitudes, las cimas y laderas. Después del Diluvio
Universal, estas especies se habrían dispersado por la superficie terrestre,
colonizando aquellas regiones donde el clima se asemejaba al original, es decir,
las especies de cima colonizarían las regiones polares de tundra, y aquellas de
ladera, las llanuras y zonas bajas. La idea de que cada especie se origina en
un área "ancestral" y luego migra para colonizar otras regiones fue
adoptada por los "evolucionistas" del siglo XIX con una pequeña
diferencia. Darwin y Wallace proponían que la distribución actual de los
organismos es el resultado de una evolución en el espacio y a lo largo del
tiempo, es decir, las especies no son inmutables como pensaba Linneo, si no que
pueden cambiar y dar lugar a otras especies en su adaptación a un nuevo hábitat
("descendencia con modificación"). De esta forma, la Teoría de la
Evolución por Selección Natural proporcionó el "motor biológico" a la
Biogeografía: especies en distintos continentes podían compartir un ancestro
común. El motor "geológico" tardaría, en cambio, casi dos siglos en
descubrirse.
Darwin y sus
coetáneos pensaban que el tamaño y la posición de los continentes no habían
cambiado a lo largo del tiempo geológico. Sin embargo, cada vez un mayor número
de evidencias señalaban lo contrario: por ejemplo, el encaje como un puzle
entre los márgenes continentales de África y Sudamérica, o la correspondencia
entre cadenas montañosas ahora sumergidas a ambos lados del Atlántico. La
Teoría de la Tectónica de Placas, desarrollada a mediados del siglo XX, cambió
esta idea: se descubrió que la superficie terrestre está dividida en placas, la
litosfera, que se deslizan sobre la capa fluida del manto, la astenosfera,
propulsadas por las corrientes de convección. Donde dos placas
colisionan, se origina un cadena montañosa; en el punto en que se separan se
forma un nuevo océano. Curiosamente, en este descubrimiento tuvo una gran
importancia el uso del sonar durante la segunda guerra mundial: el geólogo
Harry Hess, entonces tripulante de un submarino, descubrió en medio del océano
abisal las dorsales o "grietas" oceánicas donde se forma el nuevo
océano. Las consecuencias para la biogeografía fueron enormes. Por primera vez,
el biogeógrafo disponía de dos tipos de mecanismos que permitían explicar las distribuciones
"disyuntas": dispersión activa de las especies o transporte pasivo
sobre los continentes en movimiento; estos actuarían como un "Arca de
Noé", llevando consigo a las especies, o como un "barco vikingo
funerario" en el caso de organismos extintos o fósiles. Para las ratites,
su distribución en los continentes del Hemisferio Sur separados por océanos,
podría explicarse porque estos formaban parte hace cien millones de años del
antiguo supercontinente de Gondwana (Fig. 1b): el ancestro del grupo habitaba
ese continente y a medida que éste se
fragmentó por tectónica de placas, sus descendientes habrían quedado aislados
en distintas regiones. De hecho como veremos (Fig. 2a), las primeras filogenias
apoyaron esta explicación.
La revolución molecular y el registro fósil: "rocks and
clocks"
¿Y cómo es el
trabajo de un biogeógrafo? Pues comienza reconstruyendo la historia evolutiva
del grupo que se quiere estudiar, es decir, el árbol genealógico (filogenia)
que establece el grado de parentesco entre las especies: ¿cuáles comparten un
ancestro común?, ¿cuáles están más alejadas evolutivamente? Esto se complementa
con información sobre la distribución actual de las especies para poder así
reconstruir su evolución en el espacio y a lo largo del tiempo: ¿qué especies se
originaron en la misma región?, ¿cuáles son el resultado de la colonización de una
nueva región geográfica? Durante décadas, la reconstrucción de árboles
filogenéticos se basó en la identificación de similitudes morfológicas entre
las especies. Sin embargo, una misma estructura puede tener un origen distinto:
por ejemplo, las aletas de tiburones y ballenas realizan una misma función pero
evolucionaron de forma independiente como adaptación al medio acuático: esto se
conoce como convergencia evolutiva. En las plantas, esto es muy frecuente
porque debido a su dependencia con el medio físico, adaptaciones similares pueden
encontrarse en especies no emparentadas, por lo que los rasgos morfológicos
proporcionan poca información. Para solucionar esto, las filogenias modernas suelen
basarse en el código genético de las especies. Si la mayoría de las mutaciones que
se acumulan en el ADN son de tipo neutral y no confieren ventaja selectiva
alguna, cuánto más tiempo haya transcurrido desde la separación de dos
especies, mayor número de diferencias esperamos encontrar entre sus secuencias de
ADN. Esta idea es la base de la hipótesis del "reloj molecular".
Calibrando estas diferencias con el registro fósil, es posible obtener estimas
del tiempo de divergencia entre dos especies, y distinguir si su distribución
disyunta es debida a dispersión reciente o a la tectónica de placas. La
aparición del reloj molecular a mediados del siglo XX supuso una verdadera
revolución en biogeografía. Cuando empecé mi licenciatura, se pensaba que los
moas - esas aves ratites gigantes que habitaban Nueva Zelanda y fueron
exterminadas en el siglo XV por los maoríes - y los pequeños kiwis de Nueva
Zelanda eran especies hermanas que habrían divergido de un ancestro común (Fig.
2a).
Fig. 2. Árbol filogenético de
las ratites mostrando su grado de parentesco, basado en (a) rasgos morfológicos
y (b) diferencias en su ADN.
Sin embargo,
la reconstrucción de una nueva filogenia con ADN fósil de moas reveló que esto
no era así, y que los kiwis estaban más cercanos al "ave elefante" de
Madagascar, una especie extinta de ratite y el ave más grande que nunca ha
existido (Fig. 2b). Es más, el reloj molecular mostró que los kiwis habrían
colonizado Nueva Zelanda hace 60 millones de años, cuando este continente se
había separado ya del supercontinente de Gondwana. ¿Cómo lograron estas aves no
voladoras atravesar el Mar de Tasmania? Aquí interviene la paleontología – el
estudio del registro fósil – que en los últimos años ha cobrado gran
importancia en biogeografía. Los fósiles pueden proporcionar evidencias donde
los datos moleculares o la distribución actual no pueden. Por ejemplo, el
registro fósil nos dice que las ratites estaban presentes en Europa, y que
hasta hace quince millones de años habitaban la Península Antártica (Fig. 1a). Dado
que la tectónica de placas es un proceso gradual, es posible que después de la
separación de Nueva Zelanda de Gondwana, existieran conexiones en forma de
islas con la Antártida que habrían permitido a los pequeños kiwi colonizar
Nueva Zelanda. ¡De todas formas, la filogenia de las ratites está lejos de ser resuelta!
Nuevos datos moleculares procedentes del genoma – la totalidad del material
genético que posee un organismo – pueden cambiar la filogenia mostrada en la
Fig. 2b. Otro ejemplo de cómo el registro fósil puede cambiar nuestra visión biogeográfíca
es Nueva Zelanda. La flora de este continente, rica en endemismos, se ha
considerado tradicionalmente como un reducto de la antigua flora de Gondwana,
que quedó aislada cuando Nueva Zelanda se separó de este supercontinente hace
80 millones de años. Esta visión de Nueva Zelanda como el “Mundo Perdido”, que conserva
especies endémicas que datan de los tiempos de los dinosaurios (“ el continente
donde el tiempo se detuvo”) se ha visto cuestionada por el registro fósil, que
muestra que la flora neozelandesa del período cretácico es muy distinta a la
actual y que las especies de plantas presentes ahora en Nueva Zelanda tienen
sus parientes más próximos en Australia. Esto es porque cuando se abrió el
Estrecho de Drake entre Sudamérica y la Antártida hace 32 millones de años, se
formó la Corriente Circumpolar Antártica, que mueve aguas y vientos en el
sentido de las agujas del reloj, de oeste a este alrededor de la Antártida.
Semillas y pequeños animales son arrastrados regularmente por estos vientos
desde Australia a Nueva Zelanda, lo que explicaría la semejanza entre las
floras de estos dos continentes. Es más, de acuerdo con las reconstrucciones
tectónicas, cerca del 80% de Nueva Zelanda se hundió bajo el océano hace 30
millones de años. La hipótesis actual es que la flora "gondwánica" de
Nueva Zelanda desapareció durante esta transgresión marina, y las especies
actuales son descendientes de otras que se dispersaron desde Australia. Esta
hipótesis está apoyada por el reloj molecular, que sugiere un origen reciente
para las especies neozelandesas.
El futuro: integración, integración, integración... y modelos
matemáticos
La
biogeografía es una ciencia no experimental: no podemos ver a la evolución en
marcha porque típicamente conlleva tiempos que superan la longevidad humana,
pero sí podemos deducir cómo actúa basándonos en la señal que deja en el
registro fósil y las moléculas de ADN. El problema es que a medida que nos
movemos atrás en el tiempo, cientos de millones de años, incluso esta evidencia
acaba desapareciendo: el registro fósil se hace más escaso, eliminado por la
erosión en los continentes, y los cambios en las secuencias de ADN se hacen
tantos y repetidos que resulta imposible reconstruir su secuencia con fiabilidad.
Es por eso que los "buenos" biogeógrafos necesitan ser "filtradores"
y "sintetizadores", integrando múltiples tipos de evidencia:
geológica, molecular, paleontológica, climática, para poder reconstruir el
pasado. En nuestra ayuda viene la revolución informática: la posibilidad de
contar con grandes bases de datos geográficos procedentes de satélites, pero
también de modelos matemáticos, a veces complejos, para poder integrar toda la
información. A pesar de todo, la biogeografía sigue siendo una ciencia bastante
"especulativa": las posibilidades parecen infinitas y ¡por eso me
gusta!
Isabel Sanmartín Bastida
Doctora
en Biología
Departamento
de Biodiversidad y Conservación
Real Jardín Botánico, CSIC
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