Los tomates en las Galápagos están des-evolucionando silenciosamente

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En las islas más jóvenes de rocas negras del archipiélago de las Galápagos, los tomates silvestres están haciendo algo peculiar. Están abandonando millones de años de evolución, volviendo a un estado genético más primitivo que resucita antiguas defensas químicas.

Imagen de los tomates de las islas Galápagos que están ‘revirtiendo’ su evolución con la generación de alcaloides. Crédito de la imagen: Gerald Corsi/iStock/Getty

Estos tomates, que descienden de ancestros sudamericanos probablemente transportados por pájaros, han comenzado silenciosamente a producir un cóctel molecular tóxico que no se ha visto en millones de años, uno que se parece a los compuestos que se encuentran en la berenjena, no en el tomate moderno.

En un estudio publicado recientemente en Nature Communications, científicos de la Universidad de California, Riverside, describen este desarrollo inesperado como un posible caso de “evolución inversa”, un término que tiende a ser controvertido entre los biólogos evolucionistas.

Y es, nada más, a que se supone que la evolución no tiene un botón de retroceso. Generalmente se considera un proceso unidireccional hacia la adaptación, no un camino circular de regreso a los rasgos perdidos. Si bien los organismos a veces recuperan características similares a las de sus ancestros, hacerlo a través de las mismas vías genéticas es poco común y difícil de probar.

Sin embargo, pese a lo que pensemos o sintamos los humanos, con nuestra ciencia a cuestas, estas plantas de tomate de Galápagos parecen estar revirtiendo su evolución.

Tomates deevolucionados de Galápagos. Crédito: Adam Jozwiak/UCR

“No es algo que esperamos habitualmente”, dijo Adam Jozwiak, bioquímico molecular de la UC Riverside y autor principal del estudio. “Pero aquí está, ocurriendo en tiempo real, en una isla volcánica”.

Podríamos agregar: está sucediendo en un lugar emblemático, como las Galápagos, en el que Charles Darwin fundó las bases de su teoría evolutiva, en el pestañeo de unos dos siglos. La Tierra, la Naturaleza no dejan de darnos lecciones que sacuden nuestras bases humanas. Hay algo más poderoso que nosotros. Como lo comprobamos duramente con los resultados que gestamos en la relación con ellas: calentamiento global, sobrepoblamiento, devastación de los recursos naturales en períodos tan cortos. Y aún nos muestra lo que tiene…

Bien, volvamos a los tomates de Galápagos. ¿Qué provoca esta ‘reversión’ evolutiva?

Los alcaloides son los principales responsables de esta reversión química. Los tomates, las patatas (papas), las berenjenas y otras solanáceas producen estas moléculas amargas que actúan como pesticidas incorporados, disuadiendo a insectos depredadores, hongos y animales de pastoreo de meterse con ellas.

Si bien las Galápagos son famosas por ser un lugar donde los animales tienen pocos depredadores, esto no es necesariamente cierto para las plantas. De ahí la necesidad de producir alcaloides de estas representantes de las solanáceas.

Tenemos un problema
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Los investigadores iniciaron este proyecto porque los alcaloides presentes en los cultivos pueden ser problemáticos. En altas concentraciones, son tóxicos para los humanos, de ahí el deseo de comprender su producción y reducir su presencia en las partes comestibles de frutas y tubérculos.

“Nuestro grupo ha estado trabajando duro para caracterizar los pasos involucrados en la síntesis de alcaloides, para que podamos intentar controlarla”, dijo Jozwiak.

Lo que hace que estos tomates de Galápagos sean interesantes no es sólo que producen alcaloides, sino que están produciendo los incorrectos, o al menos, los que no se han visto en los tomates desde sus primeros días evolutivos.

Los investigadores analizaron más de 30 muestras de tomate recolectadas en distintas ubicaciones geográficas de las islas. Descubrieron que las plantas de las islas orientales producían los mismos alcaloides presentes en los tomates cultivados modernos. Sin embargo, en las islas occidentales, los tomates producían una versión diferente, con la huella molecular de parientes de la berenjena de hace millones de años.

Esa diferencia se debe a la estereoquímica, o a la disposición de los átomos en el espacio tridimensional. Dos moléculas pueden contener exactamente los mismos átomos, pero comportarse de forma completamente distinta según su disposición.

Para comprender cómo los tomates realizaron el cambio, los investigadores examinaron las enzimas que ensamblan estas moléculas de alcaloides. Descubrieron que modificar tan solo cuatro aminoácidos en una sola enzima era suficiente para transformar la estructura de la molécula de moderna a ancestral.

Lo demostraron sintetizando los genes que codifican estas enzimas en el laboratorio e insertándolos en plantas de tabaco, que rápidamente comenzaron a producir los antiguos compuestos.

El patrón no era aleatorio. Se alineaba con la geografía. Los tomates de las islas orientales más antiguas, que son más estables y biológicamente diversas, producían alcaloides modernos. Los de las islas occidentales más jóvenes, donde el paisaje es más árido y el suelo está menos desarrollado, habían adoptado la química tradicional.

Los investigadores sospechan que el entorno de las islas más nuevas -allí donde se observan las rocas negras- podría estar impulsando esta reversión. «Podría ser que la molécula ancestral proporcione una mejor defensa en las duras condiciones del oeste», afirmó Jozwiak.

Para verificar la dirección del cambio, el equipo realizó un tipo de modelado evolutivo que utiliza ADN moderno para inferir los rasgos de ancestros extintos hace mucho tiempo. Los tomates de las islas más jóvenes coincidían con lo que probablemente producían esos ancestros tempranos.

Aun así, llamar a esto “evolución inversa” es arriesgado. Si bien se ha documentado la reaparición de rasgos antiguos en serpientes, peces e incluso bacterias, rara vez es tan clara ni tan químicamente precisa.

“Hay quienes no lo creen”, dijo Jozwiak. “Pero la evidencia genética y química apunta a un retorno a un estado ancestral. El mecanismo está ahí. Sucedió”.

Y este tipo de cambio podría no limitarse a las plantas. Si puede ocurrir en los tomates, teóricamente también podría ocurrir en otras especies. “Creo que podría ocurrir en los humanos”, dijo. “No ocurriría en uno o dos años, sino con el tiempo, tal vez, si las condiciones ambientales cambian lo suficiente”.

Jozwiak no estudia a los humanos, pero la premisa de que la evolución es más flexible de lo que creemos es seria. Rasgos perdidos hace mucho tiempo pueden resurgir. Los genes antiguos pueden despertar. Y como sugiere este estudio, la vida a veces puede encontrar una manera de avanzar recurriendo al pasado.

Planta de tomate con alcaloides más comunes. Crédito de la imagen: Adam Jozwiak/UCR

“Si se modifican tan solo unos pocos aminoácidos, se puede obtener una molécula completamente diferente”, dijo Jozwiak. “Ese conocimiento podría ayudarnos a diseñar nuevos medicamentos, mejorar la resistencia a las plagas o incluso producir productos agrícolas menos tóxicos. Pero primero, debemos comprender cómo lo hace la naturaleza. Este estudio es un paso en esa dirección”.

El artículo Enzymatic twists evolved stereo-divergent alkaloids in the Solanaceae family fue publicado en Nature Communications. Autores: Adam Jozwiak, Michaela Almaria, Jianghua Cai, Sayantan Panda, Hadas Price, Ron Vunsh, Margarita Pliner, Sagit Meir, Ilana Rogachev & Asaph Aharoni
El artículo Tomatoes in the Galápagos are de-evolving, con la firma de [Jules Bernstein](mailto: jules.bernstein@ucr.edu) (Many thanks Jules!!!), fue publicado en el sitio web de la Universidad de California, Riverside