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¿Por qué la biodiversidad es clave para nuestra supervivencia?


Eric Muraille

La diversidad, ya sea genética, morfológica, conductual o ecológica, está en el centro de muchas controversias. Nos fascina o nos preocupa, según el contexto. Pero, ¿qué es la diversidad biológica? ¿Qué tan útil es, cómo se genera y cuáles son las consecuencias previsibles de reducirlo?

La increíble diversidad de vida.

Las ciencias de la vida han comenzado recientemente a imaginar la verdadera extensión de la diversidad de formas de vida y la dificultad de cuantificarla. Las estimaciones recientes de la diversidad eucariótica total varían de 1 a 5 × 10 7 especies . Aunque solo se han descrito alrededor de diez mil especies de procariotas , principalmente porque solo se puede cultivar una pequeña cantidad de bacterias en el laboratorio, los enfoques moleculares indirectos (sin cultivo) basados ​​en el análisis del ADN extraído del ambiente sugieren que puede haber 109 o más especies procariotas. Sin embargo, incluso estas figuras ya astronómicas no reflejan la diversidad real de las formas de vida.

Primero, la diversidad genotípica dentro de las mismas especies procariotas puede ser increíblemente alta. Los miembros de una especie bacteriana comparten partes de su genoma que codifican funciones metabólicas e informativas esenciales (llamadas genomas centrales), pero a menudo tienen secuencias únicas y específicas de cepas para adaptarse a las presiones ambientales locales. En el caso de la bacteria Escherichia coli, el genoma central representa solo el 6% de los genes presentes en 61 cepas secuenciadas .

En segundo lugar, la diversidad fenotípica de las formas de vida es mayor que su diversidad genotípica. Las entidades biológicas pueden exhibir ciclos de vida complejos con múltiples estados de diferenciación y mostrar plasticidad fenotípica . Esto puede conferir la capacidad de anticipar cambios estacionales predecibles o reaccionar ante cambios impredecibles mediante la remodelación de procesos fisiológicos para compensar los efectos potencialmente negativos de las condiciones cambiantes.

Tercero, los individuos genéticamente y morfológicamente idénticos también pueden expresar una considerable diversidad de comportamiento . Si bien la variación de comportamiento entre individuos en sociedades de insectos eusociales (reina y varios trabajadores) se ha descrito desde la antigüedad, la existencia de la especialización de comportamiento individual está ahora bien documentada en todo el reino animal.

¿Por qué tanta diversidad?

Darwin propuso que la diversidad de especies podría aumentar la productividad de los ecosistemas debido a la división del trabajo entre las especies, lo que sugiere que cada especie es única en la forma en que explota su entorno. Por lo tanto, se deduce que los sistemas ricos en especies pueden explotar los recursos más eficientemente que los sistemas pobres en especies (conocido como el efecto de complementariedad).

También se piensa que la diversidad hace que los ecosistemas, las especies y las poblaciones sean más resistentes a las tensiones ambientales. Un gran número de especies puede implicar un cierto nivel de redundancia funcional: la pérdida de una especie tiene un efecto menor en un sistema diverso que en uno pobre en especies (conocido como el efecto de seguro ). La diversidad genotípica o fenotípica dentro de una población de la misma especie también puede mejorar la resistencia al cambio ambiental. Por ejemplo, está bien documentado que la diversidad de una población puede aumentar su resistencia a las epidemias .

La diversidad también podría favorecer la aparición de comportamientos colectivos complejos, incluso en organismos sin sistema nervioso, como lo demuestra la división cooperativa del trabajo en ciertas especies de bacterias. Esto permite a grupos de bacterias asumir tareas incompatibles entre sí y adquirir nuevas funciones. De esta manera, las cianobacterias multicelulares obtienen la capacidad de realizar simultáneamente la fotosíntesis y la fijación de nitrógeno, aunque estas dos tareas son incompatibles, ya que el oxígeno producido durante la fotosíntesis daña permanentemente las enzimas involucradas en la fijación de nitrógeno.

¿Cómo se genera la diversidad?

La teoría de la evolución neo-darwiniana propone que la diversidad biológica es la consecuencia de accidentes genéticos (mutaciones y recombinaciones de genes, por ejemplo) que ocurren de manera espontánea y aleatoria, sin tener en cuenta su utilidad. Sin embargo, la magnitud de los beneficios adaptativos de la diversidad sugiere que el control parcial de su generación puede ser beneficioso para la supervivencia de los sistemas biológicos. En apoyo de esta hipótesis , se han descrito numerosos ejemplos de mecanismos que generan diversidad genética y fenotípica individual, aquí denominados «generadores de diversidad» (DG), en sistemas que van desde procariotas a organismos multicelulares complejos.

Si bien pueden diferir en su origen y componentes, estas DG comparten propiedades funcionales comunes. Contribuyen a la alta impredecibilidad de la composición y el comportamiento de los sistemas biológicos, promueven la solidez y la cooperación entre las poblaciones y operan principalmente mediante la manipulación de los sistemas que controlan la interacción de las entidades vivientes con su entorno.

La naturaleza de las DG parece depender de estrategias reproductivas / K r . Los organismos con tiempo de generación corto y grandes poblaciones (estrategia r) tienen DG reactivas, como la transferencia horizontal de genes y los sistemas SOS . Generan diversidad en respuesta a las tensiones ambientales y participan en la conocida dinámica Red Queen , donde los competidores deben evolucionar constantemente para sobrevivir: «Ahora, verás, es necesario hacer todo lo posible para mantenerte en el mismo lugar» ( A través del espejo , Lewis Carroll, 1871).

La aparición de organismos multicelulares complejos, con un ciclo de vida reproductivo largo y poblaciones más pequeñas (estrategia K), ha favorecido la selección de una nueva clase de DG como la reproducción sexual obligatoria y la generación de un gran repertorio inmune adaptativo , que actúa en previsión de estrés. La reproducción sexual, a través del proceso de meiosis , permite una mezcla significativa de alelos entre los padres y, por lo tanto, una gran diversidad genética para la descendencia. Del mismo modo, el repertorio inmune adaptativo se genera aleatoriamente mediante la recombinación de los genes que codifican los receptores de antígenos dentro de los linfocitos .

Su potencial de diversidad es tal que un individuo expresa aleatoriamente solo una fracción, lo que garantiza el mantenimiento de una diversidad individual significativa de la respuesta inmune dentro de las poblaciones. Estas DG generan la llamada dinámica de la Reina Blanca en referencia a la famosa cita de la Reina Blanca en A través del espejo: «A veces he creído hasta seis cosas imposibles antes del desayuno». Esta metáfora parece particularmente apropiada porque la actividad de estas DG se basa en la diversificación fenotípica aleatoria, que rara vez se adapta al nivel individual y favorece a la población ( cosas imposibles ) y anticipa el estrés ( antes del desayuno ).

La existencia de las DG nos lleva a considerar la evolución como un proceso mucho más dinámico y a dar un nuevo significado al azar. Si, como dijo Einstein, «Dios no juega a los dados», las entidades biológicas parecen hacerlo con frecuencia, lo que en parte explicaría su gran adaptabilidad y supervivencia. La ubicuidad de las DG en los organismos vivos también confirma que la diversidad es esencial para adaptarse al estrés ambiental y que la autogeneración regulada de la diversidad debe considerarse como un rasgo fundamental de los sistemas biológicos.

¿Qué consecuencias?

Es urgente reconsiderar la importancia de la diversidad, que es algo más que la guinda del pastel. Es tanto una propiedad de los organismos vivos como una condición necesaria para su supervivencia.

La educación y la investigación fundamental están sujetas a un número creciente de criterios de evaluación. Si bien estos controles se desarrollaron inicialmente para optimizar los resultados, también conducen a la estandarización. Sin embargo, quizás deberíamos preguntarnos: ¿es inteligente homogeneizar la formación intelectual de individuos y actividades de investigación, mientras que la diversidad es una fuente de robustez, sinergia y complejidad en todos los sistemas vivos?

El crecimiento de la población mundial requerirá una producción sostenida de alimentos durante el siglo XXI. Sin embargo, la industrialización de la agricultura en los últimos 50 años ha llevado a una caída dramática en la diversidad de productos agrícolas. Las plantas y los animales han sido seleccionados intensivamente por su fuerza y ​​productividad. Si bien esta estrategia dio buenos resultados en el corto plazo, es razonable dudar de la capacidad de las poblaciones estandarizadas para resistir los cambios climáticos futuros que probablemente conducirán a la aparición de nuevos patógenos. Cada genotipo / fenotipo en particular está optimizado para un conjunto dado de condiciones ambientales y solo la diversidad individual puede garantizar la adaptación de las poblaciones a cambios impredecibles en su entorno.

Finalmente, la importancia de la diversidad para garantizar la robustez de los sistemas biológicos sugiere que la disminución de la diversidad de los ecosistemas naturales podría, en un futuro próximo, provocar su repentina interrupción, lo que dificultaría aún más nuestra capacidad para mantener la producción estable de alimentos.

ReaInformación de: phys.org


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