Un nuevo análisis redibuja el árbol evolutivo de la familia Acrididae

Un nuevo análisis redibuja el árbol evolutivo de la familia Acrididae

July 24, 2018 <img src="https://antimoscas.es/wp-content/uploads/adimantus-ornatissimus-grasshopper.jpg" "Adimantus ornatissimus grasshopper"

Por primera vez, los científicos han utilizado la genética molecular para construir una filogenia -muy parecida a un árbol familiar- para el Acrididae, la mayor familia taxonómica de saltamontes, ofreciendo una nueva y más matizada comprensión de cómo han evolucionado los saltamontes. La familia Acridae comprende más de 6.700 especies, incluyendo Adimantus ornatissimus. (Fotografía: Maria Marta Cigliano)

Los saltamontes son uno de los grupos de insectos más omnipresentes en el mundo, que se encuentran en todas partes, desde los pastizales a las selvas tropicales, pasando por las cadenas montañosas aisladas y los desiertos arenosos. Y ahora, gracias a un análisis de una década de las relaciones genéticas del saltamontes, los científicos tienen la imagen más clara hasta ahora de los caminos evolutivos que los saltamontes han seguido para alcanzar tal diversidad, y los hallazgos ponen el lugar de nacimiento del linaje más amplio de saltamontes en América del Sur, no en África, como se pensaba anteriormente.

Para llevar a cabo el estudio, un equipo de investigadores de la Universidad de Texas A&M y el Museo de La Plata en Argentina recogieron especímenes de saltamontes de 22 países y extrajeron muestras de ADN. A partir de 142 especies de saltamontes, los investigadores analizaron las secuencias de nucleótidos de los genomas nuclear y mitocondrial de esas muestras para aprender cómo se relacionan las diversas especies de saltamontes de todo el mundo. Los hallazgos del estudio, el primer análisis genético de Acrididae en su conjunto, se publican hoy en Sistemática y Diversidad de los Insectos.

"Utilizamos las diferencias en los nucleótidos entre las diferentes especies para inferir las relaciones", dice el Dr. Hojun Song, profesor asociado de entomología en Texas A&M y autor principal del estudio. "Por ejemplo, las especies estrechamente relacionadas compartirán tramos similares de nucleótidos porque comparten un ancestro común, pero las especies distantemente relacionadas tendrán más nucleótidos diferentes entre ellas"."

La filogenia resultante -más o menos similar a un árbol familiar, pero en este caso para Acrididae, la familia taxonómica más grande de saltamontes- da a la ciencia una nueva y más matizada comprensión de cómo han evolucionado los saltamontes. Muestra que los saltamontes de Acrididae descendieron y se diversificaron a partir de un antepasado común, pero muchas de las subfamilias actualmente reconocidas se consideran "parafiléticas", lo que significa que no se pueden reducir a su propio antepasado común en el árbol familiar de Acrididae.

<img src="https://antimoscas.es/wp-content/uploads/acrididae-phylogeny.jpg" "Filogenia de los Acrididae"

Analizando las secuencias de nucleótidos de los genomas nuclear y mitocondrial de los saltamontes, un equipo de investigadores ha construido una filogenia para los Acrididae, la familia taxonómica más grande de saltamontes. Este nuevo "árbol genealógico" para el Acrididae sugiere que el linaje se originó en América del Sur, y también encuentra que muchas subfamilias dentro del Acrididae, tal como están clasificadas actualmente, necesitan ser revisadas. La taxonomía del saltamontes ha sido difícil durante mucho tiempo debido a las similitudes físicas entre las especies, pero el análisis genético ofrece una nueva herramienta para que los taxonomistas mejoren su comprensión de la evolución de la amplia diversidad del saltamontes. (Imagen publicada originalmente en Song et al 2018, Sistemática y diversidad de los insectos)

Históricamente, la taxonomía del saltamontes ha sido difícil debido a la evolución convergente, en la que los organismos que no están estrechamente relacionados evolucionan con características externas y apariencia similares a medida que se adaptan a entornos similares. Así pues, los taxónomos solían agrupar especies no emparentadas en las mismas agrupaciones debido a sus formas corporales convergentes similares. Mientras tanto, a menudo sólo existen diferencias físicas mínimas entre las especies, lo que lleva a los taxonomistas a basarse en los genitales masculinos del saltamontes como principal identificador para diferenciar las especies. Pero Song y sus colegas dicen que su análisis genético ofrece una nueva lente a través de la cual los taxonomistas pueden buscar revisar la clasificación del saltamontes.

"Hay algunas subfamilias, como la Catantopinae y la Hemiacridinae, que han sido consideradas como vertederos taxonómicos durante muchas décadas", dice Song. "Esto significa que muchos grupos no relacionados se han acumulado en estas agrupaciones artificiales. Mostrar la naturaleza parafilética de estos grupos es el primer paso para reclasificar la taxonomía, y prevemos que habrá algunos cambios importantes en la clasificación de los saltamontes en un futuro próximo."

Quizás el más significativo de esos cambios es la determinación de que el antepasado común de los saltamontes de la familia Acrididae vivía en Sudamérica, no en África. Los científicos solían pensar que los Acrididae se originaban en África porque muchas otras familias relacionadas existen en África y porque los saltamontes sudamericanos no habían sido explorados completamente. En el análisis genético se incluyeron muestras de ocho especies de fuera pero relacionadas con las de Acrididae. Entre las especies de "grupos externos" muestreadas, las que se consideraron más estrechamente relacionadas en el análisis genético son todas nativas de América del Sur. Los investigadores también estudiaron especímenes fósiles para calibrar la edad de ciertas subfamilias de saltamontes, y encontraron que el primer linaje divergente dentro de la familia Acridae también se encuentra principalmente en Sudamérica.

"Estas relaciones apuntan colectivamente al origen sudamericano de esta familia cosmopolita", dice Song. "Nuestro árbol calibrado en el tiempo muestra que los Acridae se originaron en el Paleoceno del período Cenozoico, hace 59,3 millones de años." En ese momento de la historia, los continentes de Sudamérica y África ya estaban separados pero más cerca en comparación con sus posiciones actuales, y el norte de África estaba cubierto de selvas tropicales, como la región amazónica de Sudamérica. Song y sus colegas proponen que el único ancestro de Acrididae se separó primero de sus parientes en Sudamérica y luego atravesó el Atlántico hace unos 57 millones de años. Esos "colonos" saltamontes encontraron un hábitat adecuado en África y luego se irradiaron y diversificaron rápidamente a través de África y en Europa y Asia. Después de eso, el análisis genético señala por lo menos tres acontecimientos de recolonización posteriores en los que los saltamontes atravesaron de nuevo a América del Norte, fomentando su propagación y diversificación a nivel mundial.

<img src="https://antimoscas.es/wp-content/uploads/diversity-of-acrididae-grasshoppers.%20jpg" "diversidad de los saltamontes Acrididae"

Diversidad de los Acrididae: (A) Anacridium aegyptium, (B) Dactylotum bicolor, (C) Kosciuscola tristis, (D) Adimantus ornatissimus, (E) Calliptamus italicus, (F) Proctolabus mexicanus, (G) Marellia remipes, (H) Paulinia acuminata, (I) Acrida sp. , (J) Hylopedetes surdus, (K) Trimerotropis pallidipennis, (L) Stenopola puncticeps, (M) Rhammatocerus pictus, (N) Abracris flavolineata, (O) Hemiacris fervens. (Créditos de las fotos. A, E, I, N: Rubén Foquet; B, O: Ricardo Mariño-Pérez; C, J: Hojun Song; D, L, M: María Marta Cigliano; F, K: Paolo Fontana; G, H: Juan Manuel Cardona. Publicado originalmente en Song et al 2018, Sistemática y diversidad de los insectos)

Dado el estatus icónico de los saltamontes en el reino de los insectos, Song dice que le sorprendió que nadie hubiera intentado previamente construir una filogenia de Acrididae mediante técnicas de genética molecular. El nuevo esfuerzo fue posible gracias a las subvenciones, que se remontan a 2008, de la investigación de la Fundación Nacional de Ciencias para Song sobre la evolución de los ortópteros, el orden de los insectos que comprende los saltamontes y sus parientes como las langostas, los grillos y los katídicos. Antes de que un proyecto filogenético de este tipo pueda siquiera comenzar, se necesitan años de trabajo de campo para recoger la amplia gama de especies de muestra necesarias, con la ayuda de las contribuciones de los colaboradores internacionales también.

"No es exagerado decir que este estudio tomó 10 años para completarse", dice Song. "Este tipo de investigación requiere un extenso muestreo de taxones para representar apropiadamente la diversidad conocida, lo cual es probablemente el aspecto más desafiante -pero también el más excitante- de cualquier estudio filogenético a gran escala.

"Se sabe que los ácridos contienen aproximadamente 6.700 especies. Y así, mientras que el nuevo análisis genético es el más detallado hasta ahora de la familia de los saltamontes, las especies que muestreó constituyen sólo el 2 por ciento de la diversidad total de Acrididae. Song dice que él y sus colegas están ansiosos por seguir construyendo el árbol de la familia de los saltamontes.

"Planeamos aumentar el muestreo de taxones en el futuro y usar más marcadores filogenéticos para construir una filogenia más completa. Al mismo tiempo, planeamos reclasificar los grupos principales dentro de la familia para que la clasificación refleje los grupos monofiléticos", dice.

"Evolución, diversificación y biogeografía de los saltamontes (Orthoptera: Acrididae)"

Sistemática y diversidad de los insectos

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