Adaptar-se o morir: un experiment únic sobre la resposta evolutiva de les plantes al canvi climàtic

Un nou estudi mostra que poblacions inicials similars de plantes poden evolucionar de manera molt ràpida davant el canvi climàtic. Tot i que l’evolució tendeix a seguir patrons parcialment predictibles en condicions climàtiques semblants —fins i tot quan aquestes són estressants—, les plantes continuen dinàmiques adaptatives diferents en condicions climàtiques diferents de les que tenien en origen.

Publicat a Science i amb la participació d’investigadors de vuit institucions espanyoles, entre les quals hi ha el CREAF, el CSIC, l’IICG-URJC, la UGR, la US i el Grupo Tragsa, es basa en l’anàlisi i seguiment de l’evolució en resposta al canvi climàtic de 70.000 individus de variants genètiques diferents de plantes Arabidopsis —espècie anual de la família de les brasicàcies, a la qual també pertanyen la coliflor i la mostassa— sembrades en 30 llocs d’arreu del món.

El treball l’ha dut a terme un consorci internacional liderat per Moisés Expósito-Alonso, de la Universitat de Califòrnia, Berkeley, juntament amb els altres dos coordinadors del projecte, François Vasseur (Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Évolutive, CNRS) i J.F. Niek Scheepens (Goethe University Frankfurt). En concret, han realitzat un ambiciós experiment en què es van sembrar simultàniament, i es van monitorar durant cinc anys, 360 petites parcel·les d’Arabidopsis distribuïdes en localitzacions de diversos tipus de climes, des d’alpí fins a desèrtic.

L’objectiu d’aquest experiment únic era desentranyar amb quina rapidesa evolucionarien les poblacions —una barreja genèticament diversa— de la planta silvestre Arabidopsis thaliana —espècie anual de la família de les brasicàcies, a la qual també pertanyen la coliflor i la mostassa— sota diferents estrès climàtics, que anaven des dels Alps nevats fins a la calor del desert del Nèguev, i des d’àrees urbanes d’Europa fins a l’Austin subtropical als Estats Units. "Sotmetent un mateix conjunt de plantes amb una variació genètica coneguda a múltiples condicions ambientals diferents arreu del món, es pot arribar a observar com les poblacions sobreviuen, s’adapten o s’extingeixen en resposta a la variabilitat climàtica. Això permet aprofundir en el coneixement de quines característiques ambientals, genètiques o específiques de les espècies determinen els límits d’adaptació i, per tant, de resposta al canvi climàtic", explica Marcer.

Entre altres coses, l’experiment ha permès identificar variants genètiques associades amb una adaptació reeixida a diferents contextos ambientals, així com les condicions sota les quals la capacitat evolutiva de les poblacions es veu superada per la pressió climàtica, conduint-les a l’extinció. "Les dades sobre la velocitat de l’evolució, juntament amb els canvis genètics que acompanyen aquesta evolució, són fonamentals per crear models que ajudin a identificar quines plantes i animals estan en risc a mesura que els seus entorns canvien al seu voltant", assenyala l’autor principal del treball, Moisés Expósito-Alonso, investigador i professor a la Universitat de Califòrnia, Berkeley.

La primera anàlisi genòmica de les mostres de plantes de 12 parcel·les diferents en 30 localitats, és a dir, 360 unitats experimentals independents, mostra que, en la majoria dels casos, les plantes van evolucionar genèticament per adaptar-se a les condicions ambientals característiques de cada entorn. Tanmateix, algunes poblacions experimentals, especialment aquelles situades en els climes càlids més extrems, no van mostrar cap senyal d’evolució primerenca. En lloc d’això, van exhibir trajectòries aparentment aleatòries que van precedir la seva extinció.

El treball permet veure directament, i per primera vegada, com certes variants d’ADN —variants adaptatives— arriben a dominar en determinades poblacions a mesura que es produeix l’evolució. Però els investigadors també van descobrir que no totes les poblacions es van adaptar amb prou eficàcia per sobreviure, especialment en els entorns més càlids que, potser, són els més representatius dels climes futurs. Això revela que, tot i que l’adaptació ràpida al canvi climàtic és possible, la calor extrema redueix les poblacions a mides molt petites, on la capacitat adaptativa disponible és molt baixa i es precipita l’extinció.

El grup de treball continua realitzant anàlisis i experiments evolutius, alguns d’ells amb plantes diferents d’Arabidopsis. Una de les ambicions a llarg termini és captar l’evolució ràpida en poblacions naturals, observant directament la variació genètica d’un any a l’altre en plantes silvestres que experimenten de manera natural les oscil·lacions climàtiques i l’escalfament global. Això permetria conèixer per primera vegada el ritme constant de l’evolució, que roman ocult dins d’ecosistemes sans i aparentment estables. Fins i tot es podrien arribar a registrar els canvis genètics sobtats desencadenats per una sequera o un incendi forestal, i poder dissenyar mesures per protegir espècies o mitigar-ne els efectes.

Un ampli consorci, la xarxa Genomics of rapid Evolution to Novel Environment (GrENE net), d’uns 75 científics dels EUA, Espanya, Noruega, Alemanya, Suïssa, Canadà, Grècia, Estònia, Polònia, els Països Baixos, França i Israel, va desenvolupar la recerca entre la tardor del 2017 i la primavera del 2022. "En el meu cas vaig participar en establir i fer el seguiment de l’experiment mitjançant una parcel·la situada als camps experimentals de l’IRTA a la Torre Marimon de Caldes de Montbui, entre novembre de 2017 i juliol de 2020", explica Marcer.

A més d’Arnald, també hi han participat, com a part de la seva tasca investigadora en institucions espanyoles, com a coautors del treball publicat a Science: Carlos Alonso-Blanco i Belén Méndez de Vigo Somolinos del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), Xavier Picó de l’Estación Biológica de Doñana (EBD-CSIC), Anna Traveset de l’Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA, CSIC-UIB), Modesto Berbel Cascales i Mohamed Abdelaziz de la Universitat de Granada (UGR), Ana García Muñoz de la Universitat de Sevilla (US), Gema Escribano de Tragsatec i Alfredo García Fernández, José María Iriondo Alegría, Carlos Lara Romero i Martí March Salas de l’Instituto de Investigación en Cambio Global (IICG-URJC).

Artículo de referencia: X. Wu et al., Rapid adaptation and extinction in synchronized outdoor evolution experiments of Arabidopsis. Science 391, eadz0777(2026). https://doi.org/10.1126/science.adz0777