El escarabajo de la patata de Colorado es una plaga notoria y una especie de genio imparable.
La era moderna de los pesticidas comenzó en la década de 1860 cuando los agricultores del medio oeste comenzaron a matar estos escarabajos rociándolos con un color de pintura llamado Verde París que contenía arseniato de cobre. Los escarabajos pronto superaron ese veneno, así como el arseniato de plomo, el DDT de mercurio y el dieldrín.- y más de cincuenta pesticidas. Al principio, con cualquier químico nuevo, muchos escarabajos mueren, pero ninguno dura mucho. Los escarabajos desarrollan resistencia, generalmente en unos pocos años, y continúan masticando alegremente su camino a través de vastas hectáreas depatatas en granjas y jardines de todo el mundo.
Los científicos no comprenden bien cómo esta criatura hace este truco. La teoría evolutiva actual, centrada en el ADN, no llega a explicar el rápido desarrollo de la resistencia a los pesticidas. Si bien el escarabajo muestra mucha variación genética, es probable que las nuevas mutaciones del ADN no lo hagan.aparecen con la frecuencia suficiente para permitirles desarrollar resistencia a tantos tipos de pesticidas, tan rápido, una y otra vez.
Pero ahora, un estudio único en su tipo se acerca dramáticamente a una explicación.
Un equipo de investigadores, dirigido por la profesora Yolanda Chen de la Universidad de Vermont, muestra que incluso pequeñas dosis del pesticida neonicotinoide, imidacloprid, pueden alterar la forma en que el escarabajo maneja su ADN. Para defenderse de los pesticidas, sugiere la nueva investigación, es posible que el escarabajo no necesite cambiar su código genético subyacente. En cambio, el equipo descubrió que los escarabajos responden alterando la regulación de su ADN, activando o desactivando ciertos genes en un proceso llamado "metilación del ADN". Estos llamados cambios epigenéticospermitir que los escarabajos aumenten rápidamente los mecanismos de defensa biológica, tal vez poniendo en marcha genes ya existentes que permiten que el escarabajo tolere una amplia gama de toxinas que se encuentran en las plantas de papa.
Una descarga de enzimas o una tasa de excreción más rápida puede permitir que el insecto bloquee cada nuevo pesticida con las mismas herramientas bioquímicas antiguas que utiliza para superar las defensas naturales de las plantas, en lugar de depender del pesado proceso evolutivo de mutaciones aleatorias que aparecen en genes clave., que lentamente haría que un pesticida se volviera menos efectivo.
Lo más importante es que el nuevo estudio muestra que estos cambios, provocados por incluso pequeñas dosis del pesticida, pueden transmitirse a los descendientes a lo largo de al menos dos generaciones ". Encontramos los mismos patrones de metilación del ADN en la generación de nietos.fue sorprendente porque no estuvieron expuestos al insecticida ", dice Chen.
En varias otras especies de insectos, se ha demostrado que la exposición a pesticidas cambia la metilación del ADN. Y se ha observado que algunos cambios epigenéticos se transmiten a las generaciones futuras de especies que se reproducen asexualmente, como el diminuto crustáceo. Daphnia magna . "Pero durante mucho tiempo se asumió que la epigenética se restablece durante la reproducción sexual", dice Kristian Brevik, autor principal del nuevo estudio que completó su doctorado trabajando en el laboratorio de Chen. "Que esos cambios podrían transmitirse, a través de múltiples rondas dereproducción sexual, a las futuras generaciones de insectos, eso es nuevo ".
El estudio fue publicado en la edición de diciembre de la revista Aplicaciones evolutivas .
¿FUERA DE LA MÁQUINA PARA CORRER?
Durante el último medio siglo, los investigadores agrícolas y las empresas químicas han gastado millones en el desarrollo de compuestos químicos innovadores para tratar de matar a este escarabajo que causa cientos de millones de dólares en daños, y casi todos finalmente fallan. "Quizás es hora deSalir de la rutina de los pesticidas de tratar de introducir sustancias químicas cada vez más tóxicas y reconocer que la evolución ocurre, independientemente de lo que les arrojemos ", dice Yolanda Chen." Podríamos ser más estratégicos en la comprensión de cómo funcionan los procesos evolutivos.e invertir en enfoques más ecológicos que permitan que la agricultura sea más sostenible ".
REVOLUCIÓN EN EVOLUCIÓN
La epigenética es un campo cada vez más candente. Básicamente, es el estudio de cómo el estrés ambiental, desde el hambre hasta la contaminación del aire y los pesticidas, puede agregar o eliminar etiquetas químicas al ADN de un organismo, activando un interruptor genético que cambia su salud ycomportamiento.
La metilación del ADN se demostró por primera vez en el cáncer humano en 1983 y, desde principios de la década de 2000, la revolución de la epigenética en la biología comenzó a revelar cómo el cambio ambiental puede activar o desactivar ciertos genes, lo que lleva a cambios profundos en un organismo sin cambiar su ADN.Y es bien sabido que muchos insectos en áreas agrícolas desarrollan resistencia a los pesticidas; no son solo los escarabajos de la papa de Colorado. Más de 600 especies han desarrollado resistencia a más de 300 pesticidas, con decenas de miles de informes de todo el mundo.La investigación muestra que muchos de estos involucran mecanismos epigenéticos.
En su experimento, los científicos de UVM, con un colega de la Universidad de Wisconsin, recolectaron escarabajos adultos de granjas orgánicas en Vermont. Dividieron a las crías, tratándolas con diferentes dosis del pesticida imidacloprid, algunas altas, otras bajas., algunos a una sustancia química menos tóxica similar al imidacloprid, y otros solo al agua. Después de dos generaciones, los escarabajos cuyos abuelos habían sido tratados con cualquier nivel de pesticida mostraron una metilación general disminuida, mientras que los expuestos al agua no lo hicieron. MuchosUno de los sitios donde los científicos encontraron cambios en la metilación es con genes asociados con la resistencia a los pesticidas. La respuesta paralela en todos los tratamientos con pesticidas sugiere que "la mera exposición a los insecticidas puede tener efectos duraderos en la epigenética de los escarabajos", dice Chen.
Una cosa es sugerir que el estrés cambia un organismo en particular, y otra muy distinta sugerir que las características físicas que adquiere por el estrés o el comportamiento pueden transmitirse de generación en generación. Un herrero que se fortalece después de una vida de arduo trabajo no debería esperar suque los niños también sean extraordinariamente fuertes. Entonces, ¿por qué un poco de estrés conduce a un cambio duradero?
Los fundamentos de la epigenética siguen sumidos en la controversia, en parte porque se ha vinculado a teorías ampliamente desacreditadas de "herencia de caracteres adquiridos", una idea antigua que se remonta a Aristóteles y está más fuertemente asociada con Jean-Baptiste Lamarck, elnaturalista francés del siglo XIX que propuso que los organismos transmiten características que se utilizan o en desuso a su descendencia.
Aunque las ideas de Lamarck fueron previamente desacreditadas por los biólogos evolutivos, la revolución de la epigenética está dejando en claro que la evolución por selección natural no tiene que depender solo de mutaciones ventajosas aleatorias que aparecen en el código genético. En el caso de los escarabajos de la papa de Colorado estudiadosen UVM, la investigación sugiere que los pesticidas pueden activar una serie de interruptores epigenéticos, algunos de los cuales pueden aumentar la producción de las defensas existentes contra las toxinas, mientras que los cambios en la metilación del ADN pueden desencadenar porciones del ADN llamadas elementos transponibles ".también se han llamado 'genes saltarines' y están más estrechamente relacionados con los virus ", dice Chen, profesor del Departamento de Ciencias de las Plantas y el Suelo de la UVM y miembro del Instituto Gund para el Medio Ambiente." Debido a su efecto dañino sobre los genomas del huésped, songeneralmente suprimidos por la metilación del ADN ". Pero la exposición a pesticidas, sugiere la nueva investigación, puede dejarlos sueltos, permitiendo más mutaciones asociadas con pesticidasresistencia a generar.
En resumen, la interacción dinámica entre la epigenética y la genética apunta hacia una explicación de la realidad en gran parte inexplicable de la evolución rápida y la resistencia a los pesticidas. La forma en que estos cambios se transmiten a través de múltiples generaciones de recombinación sexual sigue siendo un misterio, pero el nuevo estudio sugiere firmemente"Tenemos más que aprender", dice Chen, "sobre cómo la gente podría gestionar mejor la evolución".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Vermont . Original escrito por Joshua E. Brown. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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