Un análisis genómico revela que el periquito de Carolina desapareció de forma repentina y abrupta, sin ninguna firma genética asociada a una población menguante, por lo que la extinción de esta especie es únicamente atribuible a las personas
subespecie (Conuropsis carolinensis carolinensis), fue la fuente del ADN para este estudio. (Crédito: Marc Durà. Imagen cortesía de Carles Lalueza-Fox / Instituto de Biología Evolutiva)
Marc Durà / Instituto de Biología Evolutiva
Hasta hace 100 años, cuando el último de su especie murió en cautividad en el zoológico de Cincinnati, Norteamérica albergaba su propia especie endémica de loro: el periquito de Carolina por excelencia, Conuropsis carolinensis. El perico de Carolina tenía la distribución más septentrional de todas las especies modernas de loros: se calcula que su área de distribución se extendía desde el este de Colorado hasta el Océano Atlántico, y desde la mitad sur del estado de Nueva York hasta el Golfo de México (ref; mapa).
subespecie del extinto perico de Carolina (Conuropsis carolinensis): C. c. ludovicianus (azul) y C. c. carolinensis (verde) con áreas de solapamiento del área de distribución en azul claro. El contorno rojo grueso es el límite del área de distribución del mapa dibujado por Hasbrouck (1891). (doi:10.1002/ece3.3135)
doi:10.1002/ece3.3135
Este pequeño loro neotropical de cuerpo delgado era de color verde esmeralda con la cabeza y el cuello de color amarillo brillante, la cara de color naranja rojizo y el pico de color cuerno pálido, y tenía una cola larga y puntiaguda. La subespecie que vivía en el interior de las zonas centrales de Estados Unidos podía distinguirse visualmente de su primo más costero por el matiz azul que impregnaba su plumaje verde.
El perico de Carolina era audaz y gregario y a menudo se le veía volando en exuberantes bandadas de cientos de individuos en los bosques antiguos de las tierras bajas, en los bordes de los bosques y en los cañaverales que surgían alrededor de los ríos. Por desgracia, estos revoltosos loros se convirtieron en el foco de las tendencias destructivas de los colonos europeos recién llegados, que arrasaron su hábitat para construir ciudades y granjas, y los persiguieron sin piedad en represalia por comer en las cosechas de frutas y granos, así como para recoger sus plumas para decorar los sombreros de las damas de moda, y que incluso los dispararon desde el cielo simplemente por el perverso placer de matar algo salvaje, vivo y hermoso.
Tragicamente, sólo unos pocos agricultores y naturalistas prestaron la suficiente atención a los hábitos de estos loros como para saber que estas aves eran singularmente beneficiosas por su afición a la berberecho, Xanthium strumarium. La caducifolia es una planta muy extendida que produce un veneno especialmente tóxico para el hígado, pero los pericos de Carolina eran la única especie conocida que comía esta planta o sus semillas sin sufrir ningún efecto negativo. Según Audubon, esta dieta de cucurbitáceas aparentemente hacía que la carne del periquito de Carolina fuera venenosa.
Sorprendentemente, a pesar de la destrucción generalizada de su hábitat, así como de la extensa matanza de estos loros, la gente sigue discutiendo sobre lo que finalmente llevó al periquito de Carolina a la extinción. ¿Se debió a que las abejas invasoras importadas robaron los huecos de los nidos de los loros? ¿O tal vez una misteriosa enfermedad avícola sin nombre acabó con ellos? ¿O tal vez el (modesto) comercio de mascotas fue el culpable? Hace unos años, algunas autoridades sostenían que la extinción del perico de Carolina se debía a una combinación de estos factores, y quizá a otros más (ref; lea más aquí).
Pero un nuevo estudio basado en el ADN (ref) realizado por un equipo de científicos europeos parece haber descubierto por fin la pistola humeante en la trágica historia del perico de Carolina. Este equipo ha secuenciado el genoma del periquito de Carolina obtenido de un ejemplar que fue recogido originalmente por el naturalista catalán Marià Masferrer (1856-1923) y que ahora está en manos de sus descendientes en una colección privada en el municipio catalán de Espinelves. Tras analizar el genoma de este loro, los investigadores llegaron a la conclusión de que el periquito de Carolina desapareció de forma repentina y abrupta, lo que concuerda con los informes de personas que convirtieron en su obsesión la desaparición a tiros de estas coloridas aves.
Secuencian por primera vez los genomas completos del extinto perico de Carolina y del perico del sol, en peligro de extinción
Este proyecto se puso en marcha después de que Pere Renom, que era estudiante de doctorado en el Instituto de Biología Evolutiva (IBE) un instituto mixto de la Universidad Pompeu Fabra y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas, y reportero científico asociado al programa de divulgación científica catalán «Quèquicom», descubrió que existe un ejemplar del extinto perico de Carolina en una colección privada de Cataluña. Se convenció de que el proceso de recuperación del ADN antiguo de este espécimen, con el objetivo potencial de utilizar ese ADN para la «desextinción», sería un atractivo para la televisión pública. (El Sr. Renom estaba en lo cierto: este episodio, «Desextinció: reviure una espècie», fue recientemente galardonado con el premio Prisma español como mejor vídeo de divulgación científica de 2019. Aunque no hables español, definitivamente vale la pena verlo.)
«Renom se puso en contacto conmigo para preguntarme si estaría interesado en tratar de recuperar el ADN del espécimen», dijo el paleogenetista Carles Lalueza-Fox, científico investigador del IBE y una autoridad en la recuperación y el análisis de ADN antiguo.
Esto puso en marcha un científico ‘el Dream Team’ de expertos en ADN antiguo que colaboró para estudiar este icónico loro. Al profesor Lalueza-Fox se le unió el biólogo evolutivo y paleogenetista M. Thomas P. Gilbert, profesor del prestigioso Centro de Geogenética de la Universidad de Copenhague, líder mundial en la investigación del ADN antiguo. El profesor Lalueza-Fox y el profesor Gilbert reunieron un equipo de colaboradores para ayudar a recuperar y reconstruir el primer genoma completo del extinto perico de Carolina, analizar esos datos para investigar la historia evolutiva de la especie e identificar la posible causa de su extinción.
Pere Renom (izquierda), y el genetista Carles Lalueza-Fox (derecha) se preparan para recoger una muestra de tejido de un periquito de Carolina extinto (Conuropsis carolinensis). Los «trajes espaciales» blancos ayudan a evitar la contaminación de la muestra con ADN humano. (Crédito: Marc Durà. Imagen cortesía de Carles Lalueza-Fox / Instituto de Biología Evolutiva)
Marc Durà / Instituto de Biología Evolutiva
Dado que el tejido momificado es una fuente pobre de ADN antiguo, el equipo radiografió el espécimen de Espinelves para ver cómo estaba preparado e identificar los huesos de los que podrían obtener una muestra utilizable. Las radiografías revelaron que el espécimen tenía muy pocos huesos, pero, afortunadamente, aún conservaba el hueso de la pierna izquierda (fémur). Utilizaron un pequeño taladro para huesos para recoger una pequeña muestra de tejido óseo pulverizado del fémur, y también recogieron una pequeña muestra de tejido de la almohadilla de un dedo del pie.
Al mismo tiempo, se obtuvo ADN genómico de una muestra de sangre de una hembra de periquito solar criada en cautividad, Aratinga solstitialis, que es un pariente genético cercano. Anteriormente se había demostrado que los periquitos de Carolina y los periquitos solares compartieron un ancestro común hace unos 3 millones de años y que ambas especies tienen unos 1.000 genes cada una. Así pues, los genomas del periquito del sol y del periquito de Carolina son muy similares, por lo que el genoma del periquito del sol sirvió de referencia para el mapeo informático de los fragmentos de ADN antiguos obtenidos del espinelves del periquito de Carolina. En total, se recuperaron del espécimen de Espinelves más de 1.100 millones de pares de bases -un poco más de un gigabyte- y se volvieron a ensamblar.
como conuros del sol (Aratinga solstitialis), un pariente cercano del extinto perico de Carolina (Conuropsis carolinensis). (Crédito: Shankar S. / CC BY 2.0)
Shankar S. a través de una licencia de Creative Commons
La evolución del perico de Carolina se vio influenciada por eventos geográficos
La profesora Lalueza-Fox, el profesor Gilbert y sus colaboradores utilizaron porciones del genoma nuclear del perico de Carolina reensamblado para estimar sus relaciones evolutivas con 17 especies de loros existentes (Figura 1). Un árbol genético estimado a partir de los datos del genoma mitocondrial completo de un mayor número de especies de loros proporcionó resultados similares.
el Perico de Carolina construido con BEAST2 basado en 50 loci UCE nucleares de 18 especies de loros y un paseriforme (en negrita; nombres comunes). (Pere Gelabert / doi:10.1016/j.cub.2019.10.066)
Pere Gelabert et al. / doi:10.1016/j.cub.2019.10.066
El análisis del reloj molecular de los datos de la secuencia genómica nuclear sugiere que la escisión Aratinga-Conuropsis se produjo hace unos 2,8 millones de años (mya) y los datos del ADNmt estiman que esta escisión se produjo hace unos 3,8 mya. Ambas fechas coinciden aproximadamente con el cierre final estimado del istmo de Panamá, que se acepta ampliamente como ocurrido hace 3 mya (ref). Por lo tanto, parece plausible que la dispersión de los ancestros del periquito de Carolina hacia América del Norte ocurriera después de que las masas terrestres de América del Norte y del Sur se unieran.
El análisis del ADN revela escasas evidencias de endogamia
El análisis genómico reveló que el perico de Carolina experimentó un aumento en el tamaño de su población durante el Pleistoceno Medio, seguido de fluctuaciones poblacionales que se iniciaron durante el Último Periodo Glacial (que comenzó hace unos 110.000 años y terminó hace unos 15.000 años), y un posterior declive poblacional que continuó hasta tiempos recientes. En cambio, el periquito del sol, que está en peligro de extinción, mostró un declive poblacional más fuerte y continuo y un periodo más largo de menor tamaño efectivo de la población que el periquito de Carolina.
El profesor Lalueza-Fox, el profesor Gilbert y sus colaboradores perfilaron entonces la heterocigosidad general en todo el genoma y la distribución de las series largas de homocigosidad (RoHs) tanto para los periquitos de Carolina como para los del sol. Estas medidas proporcionan una visión de la naturaleza de las historias demográficas de estos loros. La heterocigosidad es una medida de la diversidad genética global, mientras que los RoHs se producen cuando se heredan fragmentos cromosómicos idénticos de un ancestro común reciente. La reducción significativa de la heterocigosidad es típica de las poblaciones que han sido pequeñas y han estado aisladas durante largos periodos, mientras que los RoH elevados suelen observarse en poblaciones endogámicas (ref). Por lo tanto, se pueden observar reducciones en ambas medidas en los genomas de las especies en peligro de extinción.
órdenes taxonómicos diferentes, excepto para Conuropsis carolinensis y Aratinga solstitialis, que son ambos Psittaciformes. Las muestras están coloreadas según el estado de conservación de la UICN. (Crédito: Pere Gelabert et al. / doi:10.1016/j.cub.2019.10.066)
Pere Gelabert et al. / doi:10.1016/j.cub.2019.10.066
La profesora Lalueza-Fox, el profesor Gilbert y sus colaboradores descubrieron que el extinto perico de Carolina tenía tanta diversidad genética como muchas aves vivas en la actualidad que están clasificadas por la UICN como de «preocupación menor» (Figura 3). En comparación, el periquito solar, en peligro de extinción, tenía un nivel de heterocigosidad mucho menor, lo que podría deberse a que es un ave criada en cautividad. (El periquito del sol ha sido criado en cautividad por avicultores españoles durante muchos años.)
El ejemplar de periquito de Carolina de Espinelves tenía 188 RoHs, nueve de los cuales tenían más de 1.000.000 pares de bases (1Mb) de longitud – aunque en comparación, el periquito del sol criado en cautividad tenía 611 RoHs y 85 de ellos tenían más de 1Mb. Dicho esto, un RoH del periquito de Carolina era especialmente llamativo porque superaba los 7,15 Mb, lo que sugiere que puede haber habido una endogamia reciente en los ancestros del ejemplar de Espinelves (aunque también hay otras razones para un RoH largo). Por esta razón, es posible que el espécimen de periquito de Carolina de Espinelves haya sido criado en cautividad.
Los periquitos de Carolina estaban adaptados a comer espinos venenosos
Sé que esto es lo que todos habéis estado esperando sentados en el borde de vuestros asientos: la respuesta a la pregunta de cómo el periquito de Carolina podía comer espinos venenosos sin caer muerto.
Aunque los periquitos de Carolina consumían una gran variedad de frutas y semillas, así como algunas flores y capullos, al parecer tenían predilección por los espinos. Por ejemplo, una colección de 99 observaciones de alimentación de periquitos de Carolina mostró que la ingesta de plantas más alta observada (N = 17) fue la de espinos (ref).
Los berberechos contienen un glucósido diterpénico altamente tóxico, el carboxiatrilósido o «CAT», que inhibe específicamente cualquiera de los cuatro transportadores mitocondriales, la translocasa ADP/ATP (ANT1, ANT2, ANT3 y ANT4; codificados por SLC25A4, SLC25A5, SLC25A6 y SLC25A31, respectivamente), que desempeñan un papel fundamental en la producción de energía celular. Para determinar si alguno de los cuatro transportadores mitocondriales, o todos ellos, presentaban cambios moleculares que impedían que la CAT se uniera a ellos y, por tanto, los inhibiera, el profesor Lalueza-Fox, el profesor Gilbert y sus colaboradores exploraron más a fondo estos genes comparando sus secuencias con las de los mismos genes en otras especies (ortólogos) (Figura 4).
Representación de la membrana externa e interna de la mitocondria (zoom en B). (B) Dibujo de la estructura cristalográfica de rayos X de la proteína ANT bovina (localización aproximada de la inhibición por CAT que bloquea el flujo de ATP y ADP + Pi). (C) Estructura tridimensional modelada de la SLC25A4 de Conuropsis con las posiciones variables de la SLC25A4 en amarillo y de la SLC25A5 en naranja claro (ambas estructuras modeladas de la proteína son bastante similares, por lo que sólo se representó una para simplificar). La región roja de la proteína corresponde al bolsillo. (D) Vista interior de la estructura modelada en 3D de la SLC25A4 en Conuropsis (posiciones etiquetadas como en C). (E) Representación secuencial de los aminoácidos alrededor de la posición A122V de SLC25A4 en Conuropsis (comparación de abajo a arriba: humano; vaca; ratón; zarigüeya; C. carolinensis; A. solstitialis; pollo; anoles; pitón; tortuga verde; y cocodrilo) e indicación de los sitios de bolsillo (en rojo) en el segmento de proteína representado. (Crédito: Pere Gelabert et al. doi:10.1016/j.cub.2019.10.066)
Pere Gelabert et al. / doi:10.1016/j.cub.2019.10.066
El profesor Lalueza-Fox, el profesor Gilbert y sus colaboradores encontraron que dos de los cuatro genes transportadores mitocondriales del perico de Carolina tienen dos cambios de aminoácidos con respecto a los mismos genes del perico del sol. Estos dos sitios probablemente influyen en la funcionalidad de ambas proteínas. Por lo tanto, parece que estas mutaciones confirieron un mecanismo único para hacer frente al CAT tóxico presente en la dieta del periquito de Carolina.
La pistola humeante
Dos años más tarde, el ‘Dream Team’ del ADN antiguo anunció que, como resultado de la secuenciación y el análisis de todo el genoma de dos loros neotropicales estrechamente relacionados, habían descubierto la pistola humeante en la tragedia de la extinción del periquito de Carolina.
En primer lugar, basándose en su análisis del genoma del perico de Carolina, encontraron un nivel de diversidad genética comparable al de otras poblaciones existentes de aves que no están en peligro. Esto indica que estos icónicos loros experimentaron un «proceso de extinción abrupto que no dejó marcas en el genoma del periquito».
«No estamos apuntando a una causa específica», advirtió el profesor Lalueza-Fox en el correo electrónico, «sino al hecho de que no hay signos de disminución demográfica a largo plazo en su genoma; muchas especies en peligro de extinción experimentan reducciones de población durante miles o incluso decenas de miles de años y esto se puede ver a nivel genómico en su diversidad.»
«n realidad no tenemos un solo genoma en nuestras células, sino dos, uno de cada progenitor, y no son idénticos; cuanto más grande es la población, más probable es que ambas copias cromosómicas sean diferentes», detalló el profesor Lalueza-Fox en el correo electrónico.
«Podemos utilizar la genómica para comprobar la dinámica de otros procesos de extinción e inferir si están totalmente causados por el ser humano, porque los descensos demográficos a largo plazo dejan señales específicas en los genomas de las especies», explicó el profesor Lalueza-Fox en el correo electrónico. «La falta de señales de tamaños de población pequeños durante un largo período de tiempo indica que su extinción fue un proceso abrupto y esto hace más probable que fuera mediada por el ser humano».
Otros argumentos sobre lo que puede haber causado la extinción del perico de Carolina, en particular las enfermedades de las aves de corral, requerirán un cribado metagenómico de al menos varios especímenes adicionales para responder a esta pregunta. Pero los cribados preliminares del genoma del espinoso periquito de Carolina no revelaron una presencia significativa de virus aviares. Así que la idea de que las enfermedades de las aves de corral acabaron con el periquito de Carolina ha sido derribada y gravemente herida.
Como ventaja adicional, el profesor Lalueza-Fox, el profesor Gilbert y sus colaboradores también encontraron pruebas moleculares que sugieren cómo el periquito de Carolina podía comer impunemente los mortíferos espinos. En este momento, la última prueba de este descubrimiento puede ser proporcionada por pruebas funcionales de las dos variantes genéticas detectadas en los genes mitocondriales SLC25A4 y SLC25A5 utilizando líneas celulares aviares. Pero esos estudios aún no se están planificando.
«Las especies extintas aún tienen muchas lecciones que enseñarnos sobre sus fascinantes historias evolutivas y adaptaciones específicas», concluyó el profesor Lalueza-Fox en un correo electrónico. «Ahora que hay ambiciosos proyectos dirigidos a secuenciar los genomas del mundo vivo, creo que es una especie de deber moral restaurar esta información en el emergente árbol genético de la vida.»
Fuente:
Pere Gelabert, Marcela Sandoval-Velasco, Aitor Serres, Marc de Manuel, Pere Renom, Ashot Margaryan, Josefin Stiller, Toni de-Dios, Qi Fang, Shaohong Feng, Santi Mañosa, George Pacheco, Manuel Ferrando-Bernal, Guolin Shi, Fei Hao, Xianqing Chen, Bent Petersen, Remi-André Olsen, Arcadi Navarro, Yuan Deng, Love Dalén, Tomàs Marquès-Bonet, Guojie Zhang, Agostinho Antunes, M. Thomas P. Gilbert y Carles Lalueza-Fox (2020). Evolutionary History, Genomic Adaptation to Toxic Diet, and Extinction of the Carolina Parakeet, Current Biology, publicado en línea el 11 de diciembre de 2019 antes de la impresión | doi:10.1016/j.cub.2019.10.066
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