Tolerancia a las temperaturas en moscas, ¿qué podemos aprender de su adaptación al cambio climático?

La tolerancia térmica describe el rango de temperaturas que un organismo es capaz de soportar, es decir, cuánto calor o cuánto frío ambiental puede tolerar antes de morir. Esta característica varía considerablemente entre los organismos, dependiendo del tiempo de exposición a las temperaturas y tiene un gran impacto en sus patrones de actividad, presupuestos de tiempo y energía, distribución geográfica, fecundidad y también en su resiliencia al calentamiento global.

Durante los últimos años hemos sido testigos de múltiples eventos climáticos extremos en todo el mundo, olas de calor, inundaciones, sequías, olas de frío, tormentas, entre muchas otras manifestaciones del cambio climático que está experimentando el planeta. Estos eventos, en que aumentan o disminuyen las temperaturas en un corto período de tiempo, pueden tener efectos considerables en los organismos, incluidos animales, plantas y seres humanos.

Un estudio de un equipo de investigadores chilenos y españoles, “Thermal tolerance in Drosophila: Repercussions for distribution, community coexistence and responses to climate change”, publicado en la revista Journal of Animal Ecology, buscó determinar si la distribución geográfica y la dinámica de población de diferentes especies de Drosophila se relacionan con su variación en la tolerancia al calor en el laboratorio, empleando curvas de tiempo de muerte térmica (o TDT por sus siglas en inglés).

Para conocer en qué consiste este modelo de estudio y qué descubrieron en la investigación, conversamos con el profesor de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Católica e investigador CAPES, Enrico Rezende, parte del equipo científico que realizó el estudio. Nos comenta que se utilizó el modelo TDT para estudiar especies de Drosophila porque “es una forma de caracterizar la tolerancia térmica como una probabilidad de sobrevivencia que cambia en función de la temperatura y del tiempo de exposición”. El investigador señala además que como son tres variables —temperatura, tiempo y probabilidad de sobrevivencia— la tolerancia térmica se puede ilustrar en 3D. “Llamamos a esta aproximación ‘paisajes de tolerancia’ y se utilizan para predecir cómo variaciones en la temperatura deben afectar la mortalidad en la naturaleza, y su versión simplificada para una mortalidad del 50% resulta en las TDT”.

Pero ¿Por qué es importante estudiar la tolerancia al calor en insectos ectotermos, y en Drosophilas en particular, en el contexto del cambio climático? “Por dos razones principales”, explica Rezende, “primero, porque el aumento en la temperatura y olas de calor deben impactar a todos los organismos, no solamente al humano, y por lo tanto es necesario comprender cuáles organismos y comunidades ecológicas serían más vulnerables al cambio climático. Segundo, porque diferencias en tolerancia pueden determinar diferencias en distribución geográfica y/o en abundancia en función de la temperatura”.

"¿El aumento en la temperatura y olas de calor deben impactar a todos los organismos, no solamente al humano, y por lo tanto es necesario comprender cuáles organismos y comunidades ecológicas serían más vulnerables al cambio climático"- Enrico Rezende, académico Facultad de Ciencias Biológicas e investigador CAPES.

Tiempo, temperatura y nichos térmicos

La investigación se realizó en moscas adultas de cuatro especies de Drosophila: D. simulans, D. hydei, D. subobscura y D. immigrans, en la primavera-verano de 2018 y 2019 y en 11 localidades de Chile, abarcando más de 3.000 km entre Arica y Coyhaique. Estas áreas difieren drásticamente en sus perfiles térmicos, con una temperatura máxima promedio mensual diurna que oscila entre 29,2 °C en el extremo norte y 12,7 °C en la región más austral. También se utilizaron los datos de la investigación de Danko Brncic, Premio Nacional de Ciencias en 1987, que durante 8 años consecutivos compilaron estimaciones mensuales del tamaño de la población de 16 especies de Drosophila en Santiago.

Se realizaron 2700 mediciones individuales del tiempo de muerte bajo estrés térmico, y con esos datos más otros como la temperatura ambiente de la localidad de origen, se obtuvieron 40 curvas de tiempo de muerte térmica, TDT. Con estos modelos se realizaron estimaciones de la tolerancia al calor y el rango de distribución de las especies capturadas a lo largo de la línea termal.

Algunos de los hallazgos fueron que las especies D. simulans y D. hydei soportaron períodos más largos de exposición al calor que sus contrapartes más sensibles a la temperatura (D. subobscura y D. immigrans), mostrando de manera concordante un patrón de distribución más amplio a lo largo de Chile, llegando a las localidades más ecuatoriales y más al norte.

Esta información contribuye a determinar el nicho térmico de las Drosophilas, que Rezende define como “el conjunto de características térmicas que puede tolerar una especie, y limita las ventanas tanto espaciales como temporales donde estas especies pueden encontrarse”, además precisa que “cómo predecir la distribución y dinámica de distintas especies a partir de la temperatura es uno de los temas fundamentales de la biología térmica en la actualidad”.

Estos eventos, en que aumentan o disminuyen las temperaturas en un corto período de tiempo, pueden tener efectos considerables en los organismos, incluidos animales, plantas y seres humanos.

Los resultados de la investigación proporcionan evidencia de que la adaptación térmica en especies de Drosophila juega un importante papel en su distribución y en la dinámica de poblaciones. Las variables de tiempo y temperatura son muy relevantes en la dinámica de las poblaciones de insectos, pero generalmente no se han estudiado juntas, ¿por qué? Rezende detalla que “la temperatura afecta todos los procesos biológicos que ocurren, cuyos efectos pueden acumularse en el tiempo. Por lo tanto, ambas variables son fundamentales tanto en la biología térmica en general y en estudios de tolerancia en particular. Ahora bien, la mayoría de los estudios tiende a ignorar el tiempo porque los análisis, con efectos dinámicos y acumulativos, son bastante más complejos”.   

Esta es precisamente una de las conclusiones más importante de esta investigación, “que estos modelos dinámicos predicen de forma mucho más precisa y adecuada el impacto de la temperatura ambiental, intrínsecamente variable diaria y estacionalmente, en la mortalidad de Drosophila en poblaciones naturales”, afirma el investigador.

Moscas modelo

La iniciativa “Mosca científica” es un proyecto interdisciplinario que busca generar material educativo y de divulgación sobre el aporte al conocimiento científico que se ha generado durante décadas gracias a Drosophila como modelo de estudio.

¿Cómo nació esta iniciativa? “Surgió originalmente para divulgar los resultados de la investigación de mi proyecto FONDECYT anterior, aprovechando la oportunidad para intentar generar contenido audiovisual de calidad en castellano, menciona Rezende, y añade que “como el proyecto se enfoca en Drosophila, partimos con un video original explicando la importancia de este modelo de estudio en la genética y biología evolutiva, que está disponible en Youtube. Estamos ahora trabajando en un segundo video, y además postulando al concurso Ciencia Pública para obtener financiación adicional para varios videos más”.

Las moscas del género Drosophila son conocidas como ‘mosca de la fruta’ o ‘mosca del vinagre’, aunque la gran mayoría de las especies no impactan los cultivos (una importante excepción es D. suzukii, que hoy es una plaga a nivel mundial). Drosophila se ha convertido en modelo para diversas investigaciones científicas en Chile y el mundo, entre otras razones debido a que los seres humanos y este insecto comparten cerca del 75% de genes, además son prácticas, económicas y fáciles de criar, con un ciclo de vida de 15 días en promedio, por lo que se pueden estudiar varias generaciones de moscas en poco tiempo. En resumen, una aliada formidable para la investigación científica.