Contando las especies: cómo los códigos de barras del ADN están reescribiendo el libro de la vida | Medio ambiente

GRAMOEl área de conservación de uanacaste en el noroeste de Costa Rica es el lugar con más códigos de barras de ADN en la Tierra. En su frontera occidental, los jaguares cazan tortugas en los manglares que bordean la costa del Pacífico. Los monos araña en peligro de extinción se mueven a través del bosque tropical seco, los remanentes de un ecosistema en rápida desaparición que una vez corrió desde el norte de México hasta Panamá.

Versión actualizada del mapa

En las laderas de los volcanes, el último antes del lago de Nicaragua al norte, la selva tropical cubre la tierra. En lo alto de los picos volcánicos, el aire fresco y húmedo traído por los vientos alisios del Atlántico forma bosques nubosos. Hay mucha vida que documentar en este sitio del patrimonio mundial, que tiene aproximadamente el tamaño de la ciudad de Nueva York.

A medida que la sexta extinción masiva de vida en la Tierra se acelera, la humanidad solo puede hacer una suposición bien informada sobre la verdadera magnitud de la pérdida. Hemos identificado alrededor de 2 millones de especies en el planeta. Sabemos que su abundancia se ha desplomado. Pero con estimaciones para el total que van desde 8,7 millones a un billón, todavía no podemos responder una pregunta fundamental: cuántas especies hay en la Tierra?

Hasta hace poco, había pocas esperanzas de una solución rápida al llamado “impedimento taxonómico”, la frase utilizada para describir nuestra explicación inadecuada de la biblioteca de la vida mundial y la escasez de taxónomos. El conocimiento detallado de las especies se perdía rutinariamente cuando los expertos morían. La mayoría de las plantas y animales que se extinguieron pasaron desapercibidos y sin registrar, víctimas anónimas del consumo excesivo y la superpoblación humana.

Pero eso fue antes de la invención de los códigos de barras de ADN. En 2003, el científico canadiense Paul Hebert publicó un estudio afirmando haber desarrollado una técnica que podría identificar y diferenciar todas las especies animales de la Tierra. Usando polillas comunes recolectadas en su propio patio trasero, identificó con éxito 200 especies estrechamente relacionadas utilizando el gen mitocondrial citocromo c oxidasa I (COI), que está presente en toda la vida aeróbica.

Volcán Rincón de la Vieja, el punto más alto del Área de Conservación Guanacaste (ACG), hogar de bosques nubosos y una variedad de vida silvestre.



Volcán Rincón de la Vieja, el punto más alto del Área de Conservación Guanacaste (ACG), hogar de bosques nubosos y una variedad de vida silvestre. Fotografía: Luciano Capelli / Daniel H Janzen

Hebert, conocido principalmente por su experiencia en pulgas de agua en ese momento, lo había descifrado. La secuencia genética corta serviría como código de barras de ADN para todos los animales, separando las especies por su divergencia genética. Se podría usar una sección equivalente de ADN para discriminar entre plantas y hongos. También se pueden identificar las colecciones de los museos. Los códigos de barras también eran baratos. Todo lo que necesitaba ahora eran mil millones de dólares para identificar los millones de animales desconocidos para la ciencia, una fracción del costo de la Estación Espacial Internacional o del Proyecto Genoma Humano, concluyó el documento. Pero el estudio de Hebert no fue recibido con elogio universal.


“Me sorprendió. Había previsto duras críticas de los morfólogos. Pero no esperaba críticas de mis compañeros en biología evolutiva ”, relata Hebert. Él era acusado de actuar como un “creacionista”. Otros dijeron que sus hallazgos no eran interesantes.

Pero casi dos décadas después, los códigos de barras de ADN se han convertido en algo común. En agosto, Hebert, profesor de la Universidad de Guelph en Ontario, recibió el prestigioso Premio Midori por crear “una alianza de investigación que está revolucionando nuestra comprensión de la biodiversidad planetaria”.

Los códigos de barras de ADN se han utilizado para rastrear el comercio ilegal de vida silvestre y plantas, monitorear la calidad del agua e incluso descubrir la venta de tiburones en peligro de extinción en pescado y papas fritas. La técnica ha desenmascarado las llamadas especies crípticas que fueron identificadas como un solo animal mediante enfoques taxonómicos tradicionales, pero que de hecho son muchas criaturas distintas que parecen iguales para el ojo humano.

Hasta ahora, la biblioteca de referencia de especies supervisada por el Código de barras internacional de la vida (iBOL), donde Hebert es el director científico, cuenta con alrededor de 750.000 especies. El año pasado, el grupo lanzó un proyecto de 180 millones de dólares para codificar dos millones de especies más en todo el mundo, aproximadamente el número total de flora y fauna ya descrita utilizando la taxonomía tradicional. Si bien las estimaciones de la cantidad de especies de plantas, animales y hongos oscilan entre ocho y 20 millones, se cree que los insectos representan una gran cantidad de especies no descubiertas. Hasta ahora se han recaudado alrededor de $ 60 millones para el proyecto.

Beneficios

Los beneficios de conocer la biblioteca de vida de la Tierra no se limitan a comprender el alcance de la pérdida de biodiversidad. Los descubrimientos en medicina, agricultura, alimentación, ingeniería e incluso productos de belleza están ocultos en los genomas de las especies que serán codificadas con barras. Una biblioteca completa de la vida podría sustentar las redes de distribución de alimentos, permitir un teléfono inteligente adjunto para identificar cualquier pieza de material orgánico en la Tierra e integrar la historia natural en el tejido social, cultural y económico de la sociedad.

Dentro del laboratorio de extracción de ADN del Center for Biodiversity Genomics, que forma parte del Consorcio Internacional de Código de Barras de la Vida de la Universidad de Guelph.



Dentro del laboratorio de extracción de ADN del Center for Biodiversity Genomics, que forma parte del consorcio International Barcode of Life de la Universidad de Guelph. Fotografía: Universidad de Guelph

Ahora, Hebert ha centrado su atención en la creación de un sistema de biovigilancia global respaldado por códigos de barras que supervisará continuamente el planeta y comprobará la salud de los ecosistemas globales casi en tiempo real. Una red de satélites, drones submarinos y secuenciadores de ADN patrullaría la Tierra, alertando a los científicos y gobiernos sobre cualquier cambio peligroso, interceptando nuevas enfermedades y destacando la actividad humana dañina. Él estima que costaría mil millones de dólares en 20 años.

Hay buenas razones para crear un sistema de este tipo. En comparación con la infraestructura de monitoreo atmosférico y miles de millones de dinero para investigación para combatir la crisis climática, los recursos dedicados a medir la aniquilación biológica en curso de la vida en la Tierra son lamentables. La historia de nuestro planeta en calentamiento se basa en más de 150 años de registros meteorológicos, aunque no es raro que los estudios sobre el colapso de insectos se basen en cifras compiladas por entomólogos aficionados.

Prof Paul Hebert, el



Prof Paul Hebert, el “padre de los códigos de barras de ADN”. Fotografía: Jussi Puikkonen / Universidad de Guelph

“Pasan un millón de siglos entre cada evento de extinción masiva y estamos viviendo en el siglo que trae el próximo”, dice Hebert. “Estamos hablando de la pérdida irrevocable de conocimiento a la mayor escala jamás experimentada por la humanidad, impulsada por la humanidad. Porque cada uno de esos genomas y cada una de esas especies: ese es un libro de la vida, y es aproximadamente 10 veces más grande que el libro más largo jamás escrito por un ser humano. Así que creo que la historia nos acusará severamente por permitir esta erosión del conocimiento a una escala absolutamente sin precedentes “.

Pioneros

Guanacaste conservación zona El sitio del Patrimonio Mundial (ACG) existe en gran parte gracias al trabajo de toda una vida de profesores de la Universidad de Pensilvania. Daniel Janzen y Winnie Hallwachs. Dan y Winnie, como todos los conocen, dividen sus vidas entre Filadelfia y una cabaña en el bosque en el parque nacional Santa Rosa, que es parte del ACG. Comprendieron de inmediato el potencial de la innovación de Hebert y son los principales impulsores de la apuesta de Costa Rica para convertirse en el país con más códigos de barras del mundo con un nuevo proyecto: BioAlfa.

“Para mí, la invención de los códigos de barras de ADN es fácilmente tan importante como el descubrimiento del ADN”, dice Janzen mientras nos sentamos fuera de su casa en el bosque. “E incluso podría remontarse a algún descubrimiento más grande que hayamos tenido: el microscopio, por ejemplo”. El ecologista evolutivo de 81 años es un talento generacional en su campo, ganador del premio Crafoord y miembro de MacArthur. Sus compañeros también admiran su valentía, su arduo trabajo y su excelente habilidad para vender.

BioAlfa tiene como objetivo registrar y describir sistemáticamente toda la biodiversidad de Costa Rica, con códigos de barras en su corazón. En 2019, el presidente Carlos Alvarado Quesada designado el esquema de importancia nacional, pero aún necesita $ 100 millones para hacer de sus metas una realidad autosostenible. Si bien los países templados han lanzado planes similares, la gran abundancia de vida en los trópicos hace de BioAlfa un desafío completamente diferente.

Daniel Janzen y Winnie Hallwachs en una letrina llena de muestras cerca de su cabaña en el ACG. Janzen sostiene un frasco de insectos congelados que tendrán un código de barras de ADN en Canadá.



Daniel Janzen y Winnie Hallwachs en una letrina llena de muestras cerca de su cabaña en el ACG. Janzen sostiene un frasco de insectos que tendrá un código de barras de ADN en Canadá. Fotografía: Patrick Greenfield / The Guardian

El país centroamericano alberga aproximadamente el 4% de la biodiversidad mundial. La convivencia con la naturaleza es parte de la esencia de Costa Rica, promueve ambiciosos planes de descarbonización y ejerce influencia internacional en el ámbito ambiental. Superar el impedimento taxonómico dentro de sus fronteras mediante la identificación y comprensión de toda su flora y flora sería un logro sin precedentes. Hebert ha reservado la mitad de su capacidad de códigos de barras para BioAlfa este año.

Janzen comenzó a documentar la vida en los bosques tropicales secos del norte de Costa Rica después de recolectar hojas para alimentar a Rufus, un tapir adolescente excitable, a mediados de los 70. El herbívoro parecido a un cerdo había quedado huérfano y se lo había confiado a unos amigos, sobreviviendo con los restos de la mesa de la cocina. Pero Rufus ya no era bienvenido en la cena después de enterarse de que un tirón rápido del mantel haría que un festín se estrellara contra el suelo.

Daniel Janzen en regeneración de selva tropical en el ACG.



Daniel Janzen camina por la selva tropical en el ACG. Fotografía: Patrick Greenfield / The Guardian

“Cuando lo desterraron afuera, me planteé la cuestión de qué tipo de hojas comería”, dice Janzen, riendo entre dientes mientras cuenta la historia.

Janzen condujo hasta el bosque del parque nacional Santa Rosa, que ahora forma parte del ACG, y llenó bolsas de plástico con una serie de hojas para Rufus. Pero cuando regresó al corral, se dio cuenta de que no podía identificar las hojas que devoraba el agradecido tapir. Entonces regresó a Santa Rosa con un botánico y pasó los siguientes seis meses identificando las plantas en los bosques. Luego pasó a los insectos.

“Fábricas de mariposas”

Se ha establecido una red de trampas de malestar, estaciones de lámparas para polillas y establos de cría, conocidos en broma como “fábricas de mariposas” para quienes trabajan en ellos, en los diferentes ecosistemas para registrar la vida de los insectos. La minuciosa investigación ayudará a hacer posible un sistema global de biovigilancia, pero debe realizarse en todas partes.

Un antiguo cobertizo para búfalos de agua está lleno de hileras de bolsas de plástico cuidadosamente organizadas, cada una de las cuales contiene una oruga que se alimenta de hojas de la selva cercana. Osvaldo, un ex pescador de tiburones y asistente de campo de la pareja durante 30 años, sostiene una oruga hambrienta escondida debajo de una hoja. El insecto será cuidadosamente criado y finalmente enviado a Canadá para el análisis de códigos de barras de ADN en el laboratorio de Hebert una vez que haya completado su ciclo de vida.

La oruga es una criatura caótica que se retuerce en la luz cuando Osvaldo da vuelta a la hoja, la punta de su cuerpo tiembla como el cascabel de una serpiente venenosa. Sus tonos de marrón y beige se combinan como una obra de arte cubista. Los códigos de barras pueden mostrar que es una nueva especie.

Un parataxonomista monitorea la salud de las orugas en un establo de cría de mariposas en el ACG. Estos eventualmente tendrán un código de barras de ADN.



Un parataxonomista monitorea la salud de las orugas en un establo de cría de mariposas en el ACG. Fotografía: Patrick Greenfield / The Guardian

“Hay mucho más grandes que ese”, me dice Osvaldo, desapareciendo de nuevo entre las filas de bolsas de plástico.

La siguiente oruga es enorme, cubierta de picos naranjas y azules. Hace un sonido de clic murmurado de bajo nivel cuando Osvaldo le acaricia la espalda. Cruzamos al otro lado del establo de cría para inspeccionar las pupas en su etapa final de desarrollo. Osvaldo se deleita con la gama de formas y colores de crisálida.

Pero no todos se convierten en mariposas y polillas. Las bolsas llenas de pupas muertas se mueven a otra línea en el establo. De ellos, los parasitoides emergen de los huevos que fueron puestos dentro de los huéspedes desprevenidos que han devorado lentamente.

En el edificio principal en una colina sobre el establo de cría, Gloria, otra parataxonimista, me muestra fotos de cómo los parasitoides cambian las pupas. Algunos parecen rellenos de poliestireno. Otros se ven normales aparte de pequeños grupos de burbujas negras en la pupa. A veces emergen moscas, a veces avispas.

Gloria está inspeccionando cuidadosamente frascos de vidrio llenos de pupas de parasitoides, ingresando información sobre el espécimen huésped del que emergieron y tomando fotos. A ellos también se les enviará un código de barras de ADN para comprender mejor la red de la vida en el ACG.

Osvaldo muestra una oruga que fue recolectada de la selva cercana.



Osvaldo, un parataxonomista, sostiene una oruga que fue recolectada de la selva cercana. Fotografía: Patrick Greenfield / The Guardian

Los resultados de este proceso han sido asombrosos. Se descubrieron casi 200 nuevas especies de avispas parasitoides donde solo se habían descrito anteriormente tres. Al menos 3.000 especies más han recibido un código de barras y están esperando la atención de un taxónomo para presentarlas formalmente a la ciencia.

Si bien la emoción del descubrimiento es un fin en sí mismo, la biblioteca de especies que BioAlfa ayudará a crear también será de importancia económica. Un código de barras de ADN es solo una forma de identificar un organismo, pero el genoma, su secuencia completa, puede resultar lucrativo: la base para nuevos descubrimientos en medicina, agricultura, alimentos y belleza.

Junto a la conservación y la sostenibilidad, compartir los beneficios de los recursos genéticos es el tercer pilar, y a menudo ignorado, de la convención de la ONU sobre diversidad biológica, que con suerte producirá el “Acuerdo de París para la naturaleza” en 2021. Los países en desarrollo, que normalmente son los más biodiversos, quieren solo pago por las riquezas que pudieran esconderse en sus ecosistemas.

(Izquierda) Gloria, una parataxonomista, sostiene una larva que ha sido asesinada por parasitoides. (Derecha) Janzen señala una caja de insectos recolectados en el ACG que se han secado y preservado.


(Izquierda) Janzen sostiene muestras de patas de insectos que se enviarán para análisis de códigos de barras de ADN en Canadá. (Derecha) Cajas de muestras de insectos y plantas recolectadas en el ACG para su análisis.



En el sentido de las agujas del reloj, desde arriba a la izquierda: la parataxonomista Gloria sostiene una larva muerta por parasitoides; Janzen señala una caja de insectos secos y conservados; cajas de muestras de insectos y plantas recogidas en el ACG para su análisis; Janzen holds insect leg samples that will be sent for DNA barcoding analysis in Canada. Photograph: Patrick Greenfield/The Guardian

Janzen and Hallwachs, alongside the Costa Rican government, are well aware of this issue and the potential economic benefits of BioAlfa. Anyone who spends long enough with Janzen will see his trusty comb emerge from his back pocket – the beginning of a story about the future of being able to identify any organism anywhere with a device that connects to an iPhone. Using a sensor the size of a comb, he says, farmers will be able to calculate the economic cost of cutting down rainforest for cattle or monoculture crops by rapidly checking areas for potential discoveries.

Costa Rica already has had early success bioprospecting. South of the ACG is the Nicoya peninsula, one of the four blue zones on Earth where humans routinely live above the age of 100. In 2017, Chanel launched its Blue Serum skincare range, which uses ingredients from here. Antioxidants from the region’s green coffee were used and the Costa Rican government received payment. BioAlfa’s library of life might bring many more paydays.

Unknown extinctions

Heading out into the dry tropical forest a short drive from Janzen and Hallwachs’ cabin, we inspect the number of moths that have emerged in the first few weeks of the rainy season.

To the untrained eye, the hundreds of insects on the white sheet in the darkness overwhelm and exhilarate in equal measure. Moths the size of birds flutter around my head, brushing my ears, legs and every uncovered body part. Geckos lurk on the corner of the sheet picking off the smaller moths. Mexican burrowing toads belch in unison in the valley below the lamp station. But the couple are quick to temper my naive exuberance.

There used to be many more, Hallwachs quietly assures me as we stand with the darkness at our backs, looking at the spectacular display. “There are all kinds of species missing,” she says.

The next day Janzen shows me a picture of the same light station in 1984 – it is barely possible to see the white linen under the layer of moths.

Daniel Janzen points to a large moth at a lamp station in the dry tropical forest in the ACG.



Daniel Janzen points to a large moth at a lamp station in the dry tropical forest in the ACG. Photograph: Patrick Greenfield/The Guardian

As Hallwachs shows me to my room on the first night of my second visit to the park, I point through stormy weather conditions to fireflies blinking around the trees. It is a species of firefly that only appears in the first few weeks of the rainy season, she says.

“Firefly numbers are going down around the world. And they’re not nearly as abundant as they used to be. But they are magical. They’re totally magical,” she says, as we crouch together in the rain admiring them.

The ACG is marked by human extraction: scar marks on the chicle trees, which were targeted in the second world war to provide chewing gum; stumps of mahogany, still rock solid decades after they were felled; the mangrove forest that was cut down for textile dye. All are indicators of the overconsumption driving biodiversity loss around the world.

On my final day with the couple, they indulge my interest in the beach on the western flank of the ACG, which might have the largest concentration of jaguars in Central America. In the middle of another rainy season storm, Janzen stops the 4×4 we are travelling in to explain why.

“When I got here in about 1971, I met an old jaguar hunter who hunted with dogs. And he said to me, not bragging, just matter-of-factly, that he normally got five to six jaguars per year out of this valley. So a few years later, I’m exploring this valley for caterpillars and all that. And I look around me as a hunter, as somebody who understands wild food. And I say to myself, ‘no way does this valley support five to six jaguars a year’.

“Years later, a biologist named Luis Fonseca started studying the nesting of sea turtles on this beach down here. And right away he discovered the jaguars were killing the sea turtles – not the eggs – but the whole adult.

A jaguar gnaws on a recently-killed freshwater turtle on Nancite Beach.



A jaguar gnaws on a recently-killed freshwater turtle on Nancite Beach. Photograph: Roberto Fernández/University of Pennsylvania

“There are four species of turtles that nest on this beach. Two are regular all year round. So there’s the food! We have endangered species eating endangered species to keep themselves going.”

There used to be more of everything, everyone is certain, but quantifying what else might be slipping away is hard when there are millions of species left to document. Maybe DNA barcoding can rectify that.

Find more age of extinction coverage here, and follow biodiversity reporters Phoebe Weston y Patrick Greenfield on Twitter for all the latest news and features

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