Non hegoa, alí a perna

2016/05/11 Antton Alberdi Estibaritz - Biologian doktorea Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Ekologia

Ese foi o obxectivo desta tese doutoral que lle imos a contar: determinar o nicho ecolóxico dun animal descoñecido que até hai pouco estivo fóra da pegada dos científicos. Refírome ao gran morcego alpino (Plecotus macrobullaris), un animal moi curioso e interesante, como verás. Foi descrito por primeira vez en 2003 nos Alpes austríacos e durante catro anos foi responsable das miñas suores, quebradizos de cabeza e goce.

Naquel 2010, que xa se ve tan afastado, pregunteime por que este morcego, ao contrario que o resto, está relacionado cos montes altos. En busca dunha resposta, comecei a analizar o nicho ecolóxico do herbáceo alpino xunto aos membros do grupo de traballo Ecoloxía e Evolución do Comportamento da UPV/EHU: onde se garda este animal? Onde caza? Que temperaturas pode soportar? Que come? Cada una destas preguntas fai referencia a un eixo do nicho ecolóxico, e o que vou contar a continuación é o apreso no catro anos que pasamos buscando respostas.

Nicho ecolóxico grinnellés

Figura : Paira a modelización do nicho ecolóxico se superponen as variables das condicións ambientais e compáranse os valores das zonas concretas nas que vive a especie coas zonas seleccionadas ao azar en todo a área (figura esquerda). Desta forma pódense xerar as curvas de idoneidade de cada variable (que se poden ver á dereita). No caso do herbáceo alpino, canto máis grande é a accidentalidade, máis adecuado é a contorna. A temperatura óptima é de 13ºC. Ed. Antton Alberdi

Paira empezar definamos o nicho ecolóxico. Concepto XX. Fundada a principios do século XX con dous investigadores. Por unha banda, Joseph Grinnell definiu o nicho ecolóxico como un conxunto de condicións ambientais necesarias paira a supervivencia dunha especie en 1917. Segundo Grinnell, en cada medio natural existen unhas condicións determinadas, e cada ser alberga o seu espazo dentro deste conxunto de condicións. As características que definen o nicho grinnellés dun ser, xa sexa temperatura, humidade ou horas de sol, non poden ser modificadas polo propio ser, é dicir, son esquenopoéticas. Por iso, é posible predicir a distribución espacial destas condicións e representalas en mapas. A partir destes mapas é posible coñecer o nicho grinnellés das especies mediante unha aproximación coñecida como modelización do nicho ambiental (Figura 1). Esta técnica compara as condicións ambientais das zonas concretas nas que vive una especie coas dispoñibles en todo a área paira determinar cales das condicións ás que se accede o animal. Así, por exemplo, coñecemos que o gran oído alpino vive en zonas cunha temperatura media de entre 5 e 25 ºC ao ano e que topográficamente necesita de contornas moi accidentadas paira vivir. É dicir, o herbáceo alpino é una especie que vive exclusivamente en zonas de gran pendente dentro do citado rango de temperaturas. Esta técnica informática serve tamén paira coñecer o efecto relativo de cada una das condicións analizadas na determinación da distribución do animal. No caso do herbáceo alpino, concluímos que a influencia da topografía é máis significativa que a do clima, é dicir, que a distribución xeográfica desta especie atópase máis limitada pola accidentalidade do medio que pola temperatura. Por que?

Figura : Paira levar a cabo a análise molecular da dieta do hebreo alpino, realizamos os seguintes pasos. Tras extraer o ADN das feces dos morcegos, amplificamos o xene COX1 estandarizado como código de barras ADN (xerar millóns de copias de xenes) mediante a técnica denominada PCR. Posteriormente, mediante secuenciación do ADN, obtivemos a información xenética de todos os insectos inxeridos polo morcego e, comparando esta información cos datos das bases de datos públicas, coñecer a que especie correspondía cada secuencia. Por último, sendo coñecida a bioloxía destas especies de insectos inxeridos, deduciuse o mesmo comportamento que o morcego, como o lugar onde se practica a caza. Ed. Antton Alberdi

Nicho ecolóxico rural

A resposta está máis aló do ámbito do nicho grinnellés, definido por Elton dez anos despois. Charles Elton abordou en 1927 o concepto de nicho ecolóxico desde outra perspectiva e ampliou o seu significado. Elton centrouse nos recursos ambientais fronte ás condicións ambientais. De feito, todos os organismos necesitan de certos recursos, como os alimentos, o material de nidificación ou os lugares de colocación do depósito, que determinan o nicho ecolóxico dos organismos. Por tanto, o herbáceo alpino necesita unhas condicións topográficas específicas (nicho grinnellés), xa que este tipo de contornas ofrécelle uns recursos concretos (nicho eltonés). A diferenza do Grinnelliense, os recursos que definen o nicho eltonés interactúan co propio ser, é dicir, a diferenza da temperatura ou da humidade, a abundancia de alimentos pode alterarse ou esgotarse por efecto do propio ser. En consecuencia, a representación destes recursos en mapas é practicamente imposible e require doutros métodos paira coñecelos.

Figura : (A) Colocación de redes paira a captura de morcegos no collado do Arrable (2.450 m. Ordesa). (B) Un gran oído alpino ao que se adheriu o emisor de radio nas costas. (C) Radioseguimiento na zona de Pena Telera (2.200 m, val de Tena). (D) Localización de dúas goridas de morcegos nas proximidades do refuxio de Goriz (2.250 m, Ordesa). (E) Un morcego escondido nunha hendidura coa antena do emisor da radio á vista. (F) Morcego atopado entre as pedras de Legarreta. Ed. Antton Alberdi

Paira os morcegos, dous son os principais recursos limitantes: os alimentos e as gardas. No que respecta aos alimentos, o gran oído alpino aliméntase das saias das zonas abertas das montañas altas, é dicir, das bolboretas nocturnas que habitan por encima da cota superior dos bosques. Isto é o que se deduciu mediante técnicas moleculares baseadas no código de barras ADN (Figura 2). O código de barras DNA é una parte do xenoma de animais estandarizados, una parte do xene chamado COX1, secuenciado en millóns de animais e posto a disposición de todos os investigadores en bases de datos xigantes. Así, coma se fose un código de barras dun libro, analizando o ADN dos restos dun animal, como pelos ou plumas, podemos saber a que especie pertence. No caso dos herbívoros alpinos, estudamos o ADN dos seus excrementos, e conseguimos coñecer que especies de insectos comeron os morcegos. A partir desta información, concluíuse, por primeira vez entre os morcegos, que os principais hábitats cinexéticos do herbáceo alpino son os pastos e os robledales alpinos.

Figura : Idoneidade do medio paira o gran oído alpino (medio moi apropiado en vermello e medio totalmente inadecuado en gris): actualmente, fai 21.000 anos (cando a temperatura media era 8 ºC menor) e fai 140.000 anos (temperatura 4 ºC superior). Ao baixar a temperatura, a idoneidade dos habitáculos da liñaxe occidental (representado en azul) practicamente desaparece e o mesmo ocorre coa liñaxe oriental (representado en vermello) ao aumentar a temperatura. Nos últimos 1,5 millóns de anos a temperatura media foi inferior á actual (gráfico inferior), polo que a liñaxe occidental ha sufrida a situación máis dura, como se pode apreciar na estrutura xenética das poboacións. Ed. Antton Alberdi

O seguinte paso paira profundar no nicho eltonés foi determinar o uso que fan das gardas. Paira iso, capturamos aos morcegos en prados e robledales de alta montaña e implantámoslles emisores de radio (figura 3). Estes aparellos emiten sinais de radio cada segundo e a través duns receptores pódese localizar o morcego en cada momento. Durante os sete días seguíronse máis de corenta morcegos e determinouse onde se gardaron cada día. Paira a nosa sorpresa, os morcegos atopáronse en grandes muros rochosos situados entre 1.500 e 2.500 metros e entre pedras de gravas, atopando un comportamento nunca descrito entre morcegos. Despois de todo este traballo sabemos, por tanto, que o morcego herbáceo alpino non come calquera sits, senón só dos espazos abertos das altas montañas, e que non se garda en calquera lugar, senón en grandes muros de pedra e gravas. Estes recursos, xunto con outros descoñecidos, forman o nicho eltonés do gran oído alpino.

De nicho ecolóxico a historia evolutiva

Una das vantaxes de coñecer o nicho ecolóxico dunha especie é que permite predicir a súa distribución espacial. É dicir, coñecendo as condicións que require una especie e a súa distribución espacial, podemos predicir cales son os lugares adecuados paira una especie e plasmalos nun mapa de idoneidade (Figura 4). Se sabemos como estas condicións e recursos evolucionaron ao longo da historia, ademais, podemos valorar como se modificaron no tempo as zonas apropiadas paira a especie e, combinando esta información con datos moleculares, reconstruír a historia evolutiva dunha especie.

Paira coñecer a historia evolutiva do gran oído alpino, expomos una serie de hipótese sobre a evolución das súas poboacións ao longo do tempo, baseándose en mapas de idoneidade. Paira testar estas hipóteses utilizáronse as análises xenómicas do ADN. Una vez obtidas as mostras da membrana sur de 70 animais repartidos en toda a distribución da especie, procedeuse á extracción do ADN e secuenciación do xenoma mitocondrial completo, utilizando a técnica avanzada coñecida como secuenciación de shotgune paira o estudo do ADN (Figura 5).

Os datos xenómicos revelaron que o gran oído alpino está dividido en dúas liñaxes principais: Animais dos Pireneos e Alpes (liñaxe occidental) e todos os das cadeas montañosas máis orientais (liñaxe oriental). Estas dúas liñaxes distribuíronse fai uns 1,5 millóns de anos e, debido ás glaciaciones que se produciron neste período, ambas as poboacións evolucionaron de forma moi diferente. A liñaxe occidental ha formada una pequena poboación cunha reducida diversidade xenética, que se viu fortemente afectado polas glaciaciones, xa que ao arrefriarse as temperaturas, a contorna pirenaico e alpino vólvese inapropiado paira o gran oído alpino (Figura 4), debido a que estas zonas se volven demasiado frías. A situación da liñaxe oriental, con todo, é completamente diferente, xa que ao longo da historia mantivéronse varias subpoblaciones. Neste caso, ao vivir en medios máis tépedos, cando as temperaturas arrefríanse, aumenta o grao de idoneidade, o que facilita a supervivencia das poboacións. Este estudo serviu paira demostrar que as poboacións dunha mesma especie poden ter respostas moi diferentes ás glaciaciones.

Figura : Paira coñecer a historia evolutiva do gran oído alpino, utilizamos o método coñecido como secuenciación shotgune (esquerda) nas mostras de 70 animais. Este método permite a reconstrución simultánea dos xenomas de numerosas mostras. Una vez coñecidos os xenomas de todos os animais, realizamos diferentes análises (á dereita). O que aparece arriba é una rede de haplotipos, una técnica que relaciona os xenomas en función das súas semellanzas. Cada punto da rede de haplotipados representa un xenoma e as diferenzas entre os xenomas. A inferior é unha árbore filogenético que mostra relacións temporais entre as mostras analizadas desde fai 1,75 millóns de anos até a actualidade. En ambas as figuras aparecen en azul e verde os animais pirenaicos e alpes (liñaxe occidental) e en amarelo, vermello, morado e rosa os animais dos Balcáns, Cáucaso, Turquía, Siria e Irán (liñaxe oriental). Ambas as análises indican que a diversidade xenética da liñaxe occidental é menor que a do leste, é dicir, que todos os morcegos están máis emparentados entre si. Ed. Antton Alberdi

Coñecer o pasado e o presente paira garantir o futuro

Hai uns anos coñecíase pouco sobre o morcego orejudo alpino. Non sabiamos cal era a súa distribución, que comía, onde se gardaba e sen coñecer esa información básica é imposible tomar as medidas adecuadas de conservación. O traballo realizado, con todo, fai que a situación actual sexa completamente diferente. Do mesmo xeito que ocorreu con esta especie, coa axuda da tecnoloxía desenvolvida nos últimos anos, estamos a comprender o funcionamento de moitos elementos e procesos da natureza; mediante a investigación estamos a converter o que antes era un misterio nun coñecemento arraigado polas evidencias. Agora é responsabilidade de todos levar toda esta información a un nivel práctico e adoptar as medidas adecuadas paira garantir a supervivencia do gran oído alpino e dos demais elementos e procesos da natureza. Hoxe, como nunca, está nas nosas mans.

Bibliografía

HEBERT, P.D. (1); CYWINSKA, A.; BALL, S.L. ; DEWAARD, J.R. (2003): Biological identifications through DNA barcodes. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 270, 313-321.

PHILIPS, S.; DUDIK, M.(2008): Modeling of species distributions with Maxent: new extensions and a comprehensive evaluation. Ecography, 31, 161-175.

SPITZENBERGER, F.; STRELKOV, P.; HARING, E. (2003): "Morphology and mitochondrial DNA sequences show that Plecotus alpinus Kiefer & Veith, 2002 and Plecotus microdontus Spitzenberger, 2002 are synonyms of Plecotus macrobullaris Kuzjakin, 1965". Natureza Croática, 12, 39-53.

STEWART, J.R. LISTER, A.M.; BARNES, I.; DALEN, L. (2010): "Refuxia revisited: individualistic responses of species in space and estafe". Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 277, 661-671.