Adaptarse o morir: un experimento único sobre la respuesta evolutiva de las plantas al cambio climático

Un nuevo estudio muestra que poblaciones de partida similares de plantas pueden evolucionar de forma muy rápida ante el cambio climático. Aunque la evolución tiende a seguir patrones parcialmente predecibles en condiciones climáticas parecidas —incluso cuando éstas son estresantes—, las plantas siguen dinámicas adaptativas distintas en condiciones climáticas diferentes a las que tenían en origen.

Publicado en Science y con participación de investigadores de ocho instituciones españolas entre las que se encuentran CREAF, CSIC, IICG-URJC, UGR, US y Grupo Tragsa, se basa en el análisis y seguimiento de la evolución en respuesta al cambio climático de 70.000 individuos de variantes genéticas distintas de plantas Arabidopsis — especie anual de la familia de las brasicáceas a la que también pertenecen la coliflor y la mostaza— sembradas en 30 lugares de todo el mundo. 

El trabajo, lo ha llevado a cabo un consorcio internacional liderado por Moisés Expósito‑Alonso, de la Universidad de California, Berkeley, junto con los otros dos coordinadores del proyecto, François Vasseur (Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive, CNRS) y J.F. Niek Scheepens (Goethe University Frankfurt). En concreto, han realizado un ambicioso experimento en el que se sembraron simultáneamente, y monitorizado durante cinco años, 360 pequeñas parcelas de Arabidopsis distribuidas en localizaciones de diversos tipos de climas, desde alpino hasta desértico. 

El objetivo de este experimento único era desentrañar con qué rapidez evolucionarían las poblaciones — una mezcla genéticamente diversa — de la planta silvestre Arabidopsis thaliana — especie anual de la familia de las brasicáceas a la que también pertenecen la coliflor y la mostaza— bajo distintos estreses climáticos, que iban desde los Alpes nevados hasta el calor del desierto del Néguev, y desde áreas urbanas de Europa hasta el subtropical Austin en EEUU. "Sometiendo un mismo conjunto de plantas con una variación genética conocida a múltiples condiciones ambientales diferentes en todo el mundo, se puede llegar a observar cómo las poblaciones sobreviven, se adaptan o se extinguen en respuesta a la variabilidad climática. Esto permite profundizar en el conocimiento de qué características ambientales, genéticas o específicas de las especies determinan los límites de adaptación y, por tanto, de respuesta al cambio climático", explica Marcer. 

Entre otras cosas, el experimento ha permitido identificar variantes genéticas asociadas con una adaptación exitosa a diferentes contextos ambientales, así como las condiciones bajo las cuales la capacidad evolutiva de las poblaciones se ve superada por la presión climática, conduciéndolas a la extinción. “Los datos sobre la velocidad de la evolución, junto con los cambios genéticos que acompañan a dicha evolución, son fundamentales para crear modelos que ayuden a identificar qué plantas y animales están en riesgo a medida que sus entornos cambian a su alrededor”, señala el autor principal del trabajo, Moisés Expósito-Alonso, investigador y profesor en la Universidad de California, Berkeley.

El primer análisis genómico de las muestras de plantas de 12 parcelas distintas en 30 localidades, es decir, 360 unidades experimentales independientes, muestra que, en la mayoría de los casos, las plantas evolucionaron genéticamente para adaptarse a las condiciones ambientales características de cada entorno. Sin embargo, algunas poblaciones experimentales, especialmente aquellas situadas en los climas cálidos más extremos, no mostraron ninguna señal de evolución temprana. En su lugar, exhibieron trayectorias aparentemente aleatorias que precedieron a su extinción.

El trabajo permite ver directamente, y por primera vez, cómo ciertas variantes de ADN —variantes adaptativas— llegan a dominar en determinadas poblaciones a medida que ocurre la evolución. Pero los investigadores también descubrieron que no todas las poblaciones se adaptaron con la suficiente eficacia como para sobrevivir, especialmente en los entornos más cálidos que, quizás, son los más representativos de los climas futuros. Esto revela que, aunque la adaptación rápida al cambio climático es posible, el calor extremo reduce las poblaciones a tamaños muy pequeños, donde la capacidad adaptativa disponible es muy baja y se precipita la extinción.

El grupo de trabajo continúa realizando análisis y experimentos evolutivos, algunos de ellos con plantas diferentes a Arabidopsis. Una de las ambiciones a largo plazo es captar la evolución rápida en poblaciones naturales, observando directamente la variación genética de un año a otro en plantas silvestres que experimentan de forma natural las oscilaciones climáticas y el calentamiento global. Esto permitiría conocer por primera vez el ritmo constante de la evolución, que permanece oculto dentro de ecosistemas sanos y aparentemente estables. Incluso se podrían llegar a registrar los cambios genéticos repentinos desencadenados por una sequía o un incendio forestal, y poder diseñar medidas para proteger especies o mitigar efectos.

Un amplio consorcio, la red Genomics of rapid Evolution to Novel Environment (GrENE net), de alrededor de 75 científicos de EEUU, España, Noruega, Alemania, Suiza, Canadá, Grecia, Estonia, Polonia, Países Bajos, Francia e Israel desarrolló la investigación entre el otoño de 2017 y la primavera de 2022. "En mi caso participé en establecer y hacer seguimiento del experimento mediante una parcela situada en los campos experimentales del IRTA en la Torre Marimon de Caldes de Montbui, entre noviembre de 2017 y julio de 2020", explica Marcer. 

Además de Arnald, han participado como parte de su labor investigadora en instituciones españolas son coautores del trabajo publicado en Science: Carlos Alonso Blanco y Belén Méndez de Vigo Somolinos del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), Xavier Picó de la Estación Biológica de Doñana (EBD-CSIC), Anna Traveset del Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA (CSIC-UIB), Modesto Berbel Cascales y Mohamed Abdelaziz de la Universidad de Granada (UGR), Ana García Muñoz de la Universidad de Sevilla (US), Gema Escribano de Tragsatec y Alfredo García Fernández, José María Iriondo Alegría, Carlos Lara Romero y Martí March Salas del 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