Experimentos simultáneos realizados durante cinco años en 30 regiones del mundo identificaron variantes genéticas asociadas a una adaptación exitosa al cambio climático, pero también el punto de inflexión a partir del cual las plantas ya no logran adaptarse y su supervivencia queda en riesgo.
UC Berkeley / 26 de marzo, 2026.- Durante décadas, desde que los biólogos reconocieron los posibles daños ambientales del cambio climático, les ha preocupado que las plantas no puedan evolucionar lo suficientemente rápido para adaptarse a un planeta que se calienta rápidamente. Sin embargo, el ritmo de la investigación para comprender cómo responden las especies ha sido lento, basado generalmente en experimentos aislados realizados por grupos de investigación independientes en todo el mundo.
Moisés (Moi) Expósito-Alonso se sintió frustrado con este enfoque. En cambio, él y sus colegas crearon una red de científicos para realizar experimentos simultáneos en 30 zonas climáticas diferentes de Europa Occidental, el Mediterráneo, Oriente Medio y América del Norte, y permitir que las plantas evolucionaran durante cinco años, sin supervisión, salvo para el desmalezado. El objetivo de este singular experimento era determinar la velocidad de evolución de estas plantas —una mezcla genéticamente diversa de la planta de laboratorio común Arabidopsis thaliana, una planta anual de la familia de la mostaza— bajo diferentes condiciones climáticas, desde los Alpes nevados hasta el calor del desierto del Néguev.
La información sobre la velocidad de la evolución, junto con los cambios genéticos que la acompañan, es fundamental para crear modelos que ayuden a identificar las plantas y los animales en riesgo a medida que sus entornos cambian, afirmó Expósito-Alonso, profesor adjunto de biología integrativa en la Universidad de California en Berkeley.
«Todas las especies protegidas, por ejemplo, en parques naturales, seguirán sufriendo los efectos del cambio climático local, y necesitaremos diseñar una estrategia para comprender sus posibilidades de adaptación climática por sí mismas, o incluso para ayudarlas», añadió. “Mi objetivo era generar estos datos cuantitativos como recurso para comprender mejor la rápida adaptación y realizar predicciones, anticipar los riesgos, los posibles puntos de inflexión y dónde debemos prestar atención. Creo que sin esta comprensión fundamental, no podremos salvarlas”.
Un análisis de los primeros tres años de datos genómicos de los experimentos —que involucraron tres generaciones de plantas en 12 parcelas distintas en 30 ubicaciones, es decir, 360 experimentos diferentes— muestra que, en la mayoría de los casos, estas plantas evolucionaron genéticamente para adaptarse a los nuevos entornos. Sin embargo, algunas poblaciones experimentales, especialmente las de los climas cálidos más extremos, no mostraron ningún signo de evolución temprana. En cambio, exhibieron trayectorias aparentemente aleatorias que precedieron a su extinción.
“Nuestras grandes preguntas eran: ‘¿A qué velocidad avanza la evolución?’ y ‘¿Cuándo dejará de avanzar?’”, dijo Expósito-Alonso. “Lo que pudimos demostrar es que este ritmo, con suficiente diversidad genética, puede ser de tres, cuatro o cinco años. Por primera vez, podemos observar directamente cómo ciertas variantes de ADN —variantes adaptativas— se imponen en determinadas poblaciones a medida que avanza la evolución”.
Sin embargo, los investigadores también descubrieron que no todas las poblaciones se adaptaron con la suficiente eficacia para sobrevivir, especialmente en los entornos más cálidos.
“En los entornos más cálidos —quizás los más representativos de los climas futuros bajo el calentamiento global— las poblaciones con cambios evolutivos predecibles sobrevivieron, mientras que aquellas con cambios genéticos caóticos se extinguieron”, afirmó. “Esto revela que, si bien es posible una rápida adaptación al cambio climático, el calor extremo limita el tamaño de las poblaciones, lo que puede llevarlas más allá de un punto crítico evolutivo hacia la extinción”.
El artículo, liderado por Expósito-Alonso y el consorcio de la red Genómica de la Evolución Rápida a Nuevos Entornos (GrENE), se publicó hoy (26 de marzo) en la revista Science. El experimento, coordinado en colaboración con J. F. Scheepens de la Universidad Goethe de Frankfurt en Alemania y François Vasseur de la Universidad de Montpellier en Francia, se desarrolló desde el otoño de 2017 hasta la primavera de 2022, aunque los análisis genómicos del artículo abarcaron hasta los primeros años, hasta la primavera de 2020.
Adaptarse o perecer
El objetivo de Expósito-Alonso no era solo medir la velocidad de la adaptación evolutiva, sino también identificar las variantes genéticas o mutaciones genéticas en una población que permiten la adaptación a un entorno cambiante. Se aseguró de que cada parcela contuviera una población genéticamente diversa de varios cientos de plantas, procedentes de poblaciones de toda la zona de distribución, mayoritariamente templada, de Arabidopsis. Se esperaba que esta diversidad garantizara que al menos algunas plantas en cada parcela contuvieran los genes raros que una población resiliente necesita para adaptarse a nuevas condiciones.
Si esas variantes genéticas raras, o alelos, están presentes, la adaptación al nuevo entorno debería implicar cambios en la composición genética, como un aumento o disminución en la frecuencia de algunos alelos, la aparición de nuevas mutaciones y cambios en su frecuencia, o la recombinación de múltiples mutaciones.
Para registrar estos cambios, él y un amplio consorcio de unos 75 colegas tomaban esquejes de flores cada primavera y secuenciaban los genomas completos de las plantas. Basándose en secuencias de más de 70 000 supervivientes en más de 2500 muestras poblacionales espaciotemporales agrupadas, identificaron millones de alteraciones en genes expresados que evidenciaban los esfuerzos de la población vegetal por adaptarse y sobrevivir en un nuevo entorno. Estas alteraciones genéticas variaban según el clima, aunque eran similares entre climas similares, lo que demuestra la repetibilidad de estas adaptaciones.
«Lo que probablemente observamos es una adaptación mediante variación genética preexistente que se reutiliza de diferentes maneras. Si una variante es adaptativa en un entorno, su frecuencia aumenta», afirmó Xing Wu, investigador postdoctoral en el laboratorio de Exposito-Alonso y primer autor del artículo.
La clave para determinar que se trataba de una adaptación por selección natural —la supervivencia de las plantas individuales mejor adaptadas al nuevo entorno— fue que varias de las 12 parcelas en cada ubicación mostraron cambios similares en la frecuencia génica. Otro indicio fue que varias de las 12 parcelas en cada una de dos ubicaciones con un entorno similar —por ejemplo, matorrales secos españoles y griegos— mostraron cambios similares. Esto se observó en 24 de las 30 ubicaciones. Entre los genes más afectados se encontraban los que detectan el estrés térmico y los que controlan la floración de las plantas.
Si bien teóricamente se esperaban algunos cambios genéticos en un experimento como este, con abundante diversidad y exposición a un clima severo, Expósito-Alonso afirmó estar muy sorprendido de que la velocidad de los cambios en la frecuencia alélica fuera mayor de lo que la mayoría de los biólogos habrían predicho.
Además, no todas las parcelas mostraron adaptación evolutiva; algunas terminaron en extinción.
«Hubo algunos climas donde no se observaron cambios, por lo que la frecuencia de esas variantes genéticas se mantuvo igual, o bien se observaron cambios, pero no fueron repetibles en las diferentes réplicas independientes», explicó Tatiana Bellagio, candidata a doctora en el laboratorio de Expósito-Alonso y coautora principal del artículo. “Así pues, hubo evolución por deriva genética, cambios estocásticos, pero no evolución impulsada por la selección natural, por las presiones climáticas naturales”.
Dado que el equipo muestreó cada una de las 360 parcelas anualmente durante varios años, pudieron documentar que aquellas parcelas que mostraron cambios genéticos aleatorios o nulos en los primeros años del experimento acabaron extinguiéndose.
“Para que una población sobreviva a largo plazo ante el cambio climático, lo más probable es que deba someterse a la selección natural, especialmente cuando la hemos expuesto a estos nuevos climas”, afirmó Expósito-Alonso. “Creo que esto es muy interesante porque nos indica que, a menos que haya un rescate evolutivo —a menos que existan genotipos con mayor aptitud, que se propaguen más y modifiquen las frecuencias alélicas—, la población no podrá mantener su tamaño después de cinco años, al menos en ambientes cálidos”.
Hacer conjeturas fundamentadas
“Con el conocimiento de nuestra Arabidopsis, podemos hacer conjeturas fundamentadas sobre qué especies sobrevivirán en qué lugar”, añadió, aunque cada especie podría necesitar su propio experimento a largo plazo para comprender sus vulnerabilidades genéticas. “Con este tipo de modelado, calibrado en una especie modelo, y una comprensión profunda del ritmo de la evolución y la intensidad de la incompatibilidad climática y la adaptación, podríamos ayudar potencialmente a cientos o miles de especies”.
Expósito-Alonso y su equipo continúan analizando las últimas generaciones de plantas y plantan semillas recolectadas cada año de las parcelas para continuar los experimentos evolutivos. También ha comenzado experimentos en parcelas en Berkeley, algunos con plantas distintas de la Arabidopsis.
Una de sus ambiciones a largo plazo es observar la rápida evolución en poblaciones naturales, analizando directamente la variación genética anual en plantas silvestres que experimentan oscilaciones climáticas y el calentamiento global. Esto permitiría capturar, por primera vez, el ritmo constante de la evolución que se oculta en ecosistemas sanos y aparentemente estables. Incluso podría detectar los cambios genéticos repentinos provocados por la sequía o los incendios forestales.
«La naturaleza da una apariencia de estabilidad a los ojos de los observadores humanos. Por ejemplo, las praderas y los bosques de California, temporada tras temporada, se ven prácticamente iguales», comentó. «Pero los genotipos cambian constantemente. Así que poder observar eso es mi sueño».
Los coautores principales del artículo son Xing Wu, Tatiana Bellagio y Meixi Lin, quienes trabajan conjuntamente en la UC Berkeley y Stanford, y Yunru Peng y Lucas Czech, anteriormente en la Institución Carnegie de Stanford. El consorcio estuvo integrado por científicos de nueve estados de EE. UU., así como de España, Noruega, Alemania, Suiza, Canadá, Grecia, Estonia, Polonia, los Países Bajos, Francia e Israel.
Expósito-Alonso cuenta con el apoyo de una beca para investigadores noveles de los Institutos Nacionales de la Salud (1DP5OD029506-01), el Departamento de Energía de EE. UU. (DE-SC0021286), el Instituto de Integración Biológica WALII (Instituto de Interfaz Agua-Vida, 2213983) de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., el Instituto Médico Howard Hughes, el Instituto de Genómica Innovadora y la Universidad de California en Berkeley.