¿Cuándo evolucionaron los insectos?

Por si se lo pregunta, en el último recuento los científicos han descrito 1.659.420 especies de animales. Casi el 80% de ellas son artrópodos, es decir, insectos y sus crujientes parientes.

Nuestro Planeta de los Artrópodos está dominado por los insectos, y cuándo y cómo los insectos se apoderaron de la Tierra es una pregunta que ha desconcertado a los naturalistas durante siglos. En un increíble esfuerzo internacional, 100 científicos combinaron sus conocimientos moleculares, de biología computacional, estadísticos, paleontológicos y taxonómicos para descubrir algunas conclusiones sorprendentes sobre cuándo evolucionaron los principales grupos de insectos:

B. Misof, et al. 2014. La filogenómica resuelve el calendario y el patrón de la evolución de los insectos. Science 346 (6210): 763-767.

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¿Cómo se resuelve un problema como el de los insectos?

La historia de fondo de esta investigación es casi tan interesante como los resultados. Dar sentido a la diversidad de insectos en las colecciones ha sido tradicionalmente una tarea de un experto solitario, normalmente especializado en un solo subconjunto de un grupo. Se identifican tanto con sus organismos de estudio que pueden presentarse como «El hombre hormiga» o «La mujer avispa». (Ningún taxónomo que yo conozca lleva mallas de spandex y capas para trabajar, por lo que estoy profundamente agradecido). Con más de un millón de especies descritas, no es difícil ver cómo alguien puede pasarse la vida entera intentando poner orden en el caos de la biodiversidad.

La taxonomía tiene una historia de conflictos y excentricidades, y la entrada de las nuevas tecnologías moleculares en el mundo de los diminutos alfileres y los especímenes de museo no siempre ha sido (http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14772000.2010.534512#tabModule «Como nombrar a una especie «procrastinadora»). Cuando la secuenciación era cara y requería mucho tiempo, la pregunta era «¿qué especie debemos hacer a continuación?» La competencia por la financiación y el espacio en el laboratorio era muy intensa.

Con los avances tanto en la informática como en la secuenciación de próxima generación, la velocidad y el coste de la secuenciación se redujeron lo suficiente como para que los científicos puedan unirse y plantear preguntas más importantes. Brian Wiegmann, de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (autor nº 74), lo expresó con elegancia: «No basta con catalogar los libros de la biblioteca, sino que queremos entender su contenido»

Bernhard Misof, del Museo de Investigación Zoológica Alexander Koenig (Alemania) (autor nº 1), Xin Zhou, del Banco Nacional de Genes de China, BGI-Shenzhen (China) (autor nº 100), y Karl Kjer, de la Universidad de Rutgers (EE UU) (autor nº 99), idearon un ambicioso plan. Formaron 1KITE; el acrónimo significa 1K Insect Transcriptome Evolution. Se contrató a un grupo de expertos de todo el mundo para que ayudaran a crear un inventario de libre acceso de los transcriptomas (todos los genes expresados en un organismo) de 1.000 especies de insectos. Esta base de datos se utilizará para responder a preguntas sobre cómo evolucionaron los insectos hasta llegar a la asombrosa diversidad de formas que vemos hoy en día, y también tiene aplicaciones en medicina, agricultura y ecología de la conservación.

El documento publicado esta semana se ocupa principalmente de la cronología de la evolución de los insectos, basándose en un subconjunto de 144 especies. Los investigadores buscan respuestas a algunas preguntas muy importantes: ¿Cuándo evolucionaron los insectos el vuelo? ¿Cuándo se desarrolló la increíble diversidad de los insectos?

Relojes y rocas

El problema de los fósiles es que son raros. Cuando se trata de diminutos animales escurridizos, son aún menos comunes. Esta nueva investigación utiliza estimaciones de tiempo basadas en la evidencia geológica de los fósiles en combinación con tiempos estimados de divergencia basados en la evidencia molecular. Esto se llama a veces un reloj molecular, ya que utiliza los cambios acumulados en el ADN para decir cuánto tiempo ha pasado.

Mirar todo el ARN en miles de muestras de insectos en cientos de especies de insectos es un MONTÓN de datos. El mayor problema del proyecto fue lidiar con la enorme cantidad de información de secuencias generada. Las combinaciones posibles se cuentan por cuatrillones. La capacidad informática para procesar todos esos datos… no existe.

Aquí es donde entraron en juego el informático y experto en bioinformática Alexandros Stamatatakis (autor nº 60) y su equipo. Su grupo de investigación ideó un método matemático para excluir las combinaciones altamente improbables y centrarse en las probables. El grupo de supercomputación del Instituto de Estudios Teóricos de Heidelberg, que suele trabajar en problemas de astrofísica, se utilizó para hacer crujir los datos.

Los dinosaurios no tenían piojos, y otras revelaciones

Entonces, ¿qué encontró este tremendo trabajo? La conclusión que creo que suscitará la mayor atención del público es que los piojos son un grupo reciente de insectos, que aparecieron hace sólo unos 53 millones de años; la época en que aparecieron las aves y los mamíferos modernos.

Esta fecha hace que los piojos sean «más jóvenes» que los primates. Es posible que se produzca un pequeño alboroto cuando se revisen las pésimas estimaciones anteriores basadas en fósiles. A todo el mundo le gusta una buena pelea taxonómica.

Pero eso es realmente un hallazgo secundario. Otros descubrimientos importantes:

• Los ancestros de los insectos (Hexapoda) probablemente se originaron durante el Período Ordovícico Temprano, hace unos 479 millones de años.
• El vuelo de los insectos surgió hace unos 406 millones de años, más o menos cuando las plantas comenzaron a diversificarse realmente en la tierra y a crecer hacia los bosques.
• La explosiva diversificación de los insectos en la mayoría de los principales órdenes que vemos hoy en día se produjo antes de la aparición de las angiospermas (plantas con flores).

La rapidez con la que se diversificaron los insectos es notable. La Tierra tiene unos 4.500 millones de años. Sólo en el último 10% de la historia de la Tierra, las plantas colonizaron la tierra. En un lapso de 80 millones de años, los insectos formaron la mayoría de los principales grupos que aún viven hoy en día y se apoderaron de los cielos, donde reinaron durante milenios.

Jessica Ware, de la Universidad de Rutgers (autora nº 8), dijo que «fue una radiación rápida y extrema en un periodo de tiempo muy corto. Hizo que nuestro trabajo como científicos fuera realmente difícil: ese ha sido uno de los escollos tradicionales para clasificar a los insectos. Con esta enorme cantidad de datos, ahora tenemos una resolución excelente y podemos decir algo sobre los rangos de edad»

¿Qué significa todo esto?

La mejor parte de esta investigación está aún por llegar, pero está claro hacia dónde nos dirigimos. El árbol de la vida de los insectos ha sido podado y reordenado constantemente en el último siglo. A veces parece que los taxónomos han participado en un programa de protección de testigos del FBI, ya que los nombres se han cambiado con tanta frecuencia.

Eso continuará, sin duda, ya que comprender cómo se relaciona cada grupo de escarabajos, por ejemplo, es un nivel de detalle muy fino. Pero el panorama general por fin se está enfocando. Ahora estamos en el camino hacia una verdadera filogenia, o mapa de lo que vino primero, y qué relación tienen los grupos entre sí. Este grupo es un padre, este grupo es una hermana.

A medida que se publican más investigaciones de este grupo, nos acercamos a una filogenia de los insectos que es algo más que una historia que reconstruimos a partir de los patrones de las alas y los genitales de los insectos. Estamos empezando a darnos cuenta de lo que un gran coleccionista de escarabajos dijo una vez:

«A partir de un principio tan simple, se han desarrollado, y se están desarrollando, las formas más bellas y maravillosas». Charles Darwin.