Comprender la base material de la evolución adaptativa ha sido un objetivo central en biología que data de al menos el momento de Darwin. Un enfoque de los debates actuales es si la evolución adaptativa se basa en muchas mutaciones con efectos pequeños y aproximadamente iguales, o está impulsado por una o unas pocas mutaciones que causan cambios importantes en los rasgos.
Los reordenamientos cromosómicos donde se invierten, se mueven, eliminan o duplican grandes trozos grandes de cromosomas, proporcionan una posible fuente para tales «macromutaciones» a gran escala. Sin embargo, caracterizar los reordenamientos cromosómicos con métodos de secuenciación de ADN comúnmente probados ha sido difícil.
Muchos organismos, incluidos los humanos, son diploides, lo que significa que tienen dos conjuntos de cromosomas, uno de cada padre. Lo mismo es cierto para los insectos de palo. Esto hace que la identificación de reordenamientos cromosómicos con especies desafiantes al ensamblar genomas.
«En el pasado, hemos promediado datos de cada conjunto de cromosomas, pero la precisión limitada de este método no cuenta toda la historia», dice el biólogo evolutivo de la Universidad Estatal de Utah, Zachariah Gompert. «El uso de enfoques más nuevos, moleculares y computacionales que generan conjuntos de genoma en fases, donde las dos copias de cada cromosoma se ensamblan por separado, nos ha permitido mostrar directamente cómo los reordenamientos cromosómicos complejos han permitido que los insectos de palo se adapten al ser crípticos en diferentes plantas huéspedes y, por lo tanto, evitar la predicación».
En la edición en línea del 18 de abril de 2025 de la Asociación Americana para el Avance de Science Journal CienciaGompert y sus colegas informan la divergencia adaptativa en el patrón de color críptico está subyacente por dos reordenamientos cromosómicos distintos y complejos, donde millones de bases de ADN se voltearon hacia atrás y se movieron de una parte de un cromosoma a otro, independientemente en las poblaciones de insectos de palo en diferentes montañas. Los autores que contribuyen en el documento incluyen el colaborador de Gompert, Patrik Nosil, y otros investigadores del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia (CNRS), junto con científicos de la Universidad de Notre Dame, la Universidad de Nevada, Reno, y el Instituto de Investigación del Cáncer en el Reino Unido. La investigación es apoyada por la National Science Foundation y el Consejo Europeo de Investigación.
Los científicos estudiaron Timema Cristinae Insectos con patrones de color variados, recolectados de dos montañas cerca de Santa Bárbara, California. Los insectos sin alas y alimentados con plantas se adaptan divergentemente a dos especies de plantas diferentes en los hábitats caparrales costeros. Un patrón de insectos de palo es verde, lo que le permite mezclar con la lila de California, mientras que el otro luce una franja delgada y blanca en la espalda, lo que lo hace casi indetectable entre las hojas en forma de aguja del arbusto de chamise.
Gompert y sus colegas mostraron que esta diferencia adaptativa en el patrón de color se explica casi por completo por la presencia versus la ausencia de estos reordenamientos cromosómicos complejos individuales.
«La nueva tecnología de ensamblaje genómico en fases utilizada en este estudio fue una pieza crítica para ayudarnos a examinar cómo evolucionó el patrón de color en estos insectos», dice Gompert, profesor del Departamento de Biología de USU y el Centro de Ecología de la USU. «Nuestros hallazgos sugieren que los reordenamientos cromosómicos pueden estar más extendidos y más complejos de lo que pensábamos anteriormente».
Él dice que estas mutaciones, a pesar de ser grandes, son fáciles de perder el uso de enfoques de secuenciación de ADN tradicionales.
«Los reordenamientos cromosómicos pueden ser difíciles de detectar y caracterizar utilizando enfoques estándar», dice Gompert. «Básicamente estamos explorando la ‘materia oscura’ del genoma».
La variación estructural, dice, en lugar de ser rara, puede estar disponible regularmente para la evolución rápida.
«Estamos rascando la superficie», dice Gompert. «Nos ha faltado las herramientas para detectar la variación estructural, pero con la tecnología mejorada la hipotetizamos, juega un papel más importante en la evolución de lo que se reconoció anteriormente».
