Alejandra Hernández-TeránAna E. Escalante

La domesticación en los tiempos de la prehistoria

Uno de los cambios más importantes en las poblaciones humanas sucedió cuando éstas pasaron de ser nómadas a ser poblaciones sedentarias. Este proceso que cambió el curso de la humanidad coincidió con el inicio de la agricultura, cuando nuestros ancestros comenzaron a cultivar y seleccionar características de interés en las plantas silvestres con las que convivían. Esta selección de características, cuyo fin era el de asegurar su sobrevivencia y/o aumentar la productividad, es un proceso evolutivo hecho por y para el hombre que se conoce como domesticación. La constante selección sobre las especies durante este proceso dio lugar a los cultivos que conocemos actualmente, muchos de los cuales tienen muy poco en común con sus parientes silvestres (a partir de los cuales se mejoraron. Ver: Relatos breves sobre evolución y regulación genética). Con el paso del tiempo, la domesticación fue volviéndose cada vez más certera y sofisticada gracias, en parte, a un mayor conocimiento de la biología de las especies, pero también a la introducción de otras tecnologías. Uno de los ejemplos más modernos es la ingeniería genética.

La domesticación en el siglo XX

Hernandez Escalante01Actualmente, las nuevas tecnologías permiten la obtención de cultivos con mayor productividad, que incluso presentan características que antes no existían en la especie. Estas tecnologías mediadas por la ingeniería genética se han utilizado para transformar una gran cantidad de cultivos que forman parte de la alimentación básica mundial, tales como el maíz, el arroz, la calabaza, la papaya, la soya, el trigo y algunos otros muy importantes en la industria, como el algodón. Las plantas producto de estas tecnologías son mundialmente conocidas como Organismos Genéticamente Modificados (OGM) o transgénicos. Generalmente, la modificación genética se realiza sobre organismos que ya pasaron un proceso de selección artificial, de modo que un cultivo transgénico es también un cultivo domesticado. Sin embargo, los procesos que nos permiten llegar a cada uno de los tipos de modificación (domesticado y transgénico), son muy distintos. Por un lado, la domesticación tradicional utiliza como materia prima la variabilidad de las especies, es decir, la diversidad de formas y tamaños que ya se encuentran en la naturaleza, y las características buscadas se obtienen al cruzar distintos organismos. En la transgénesis, en cambio, se inserta ADN de otras especies que se sabe que puede conferir características agronómicas importantes a los organismos.

Consecuencias de la modificación

Como ya mencionamos antes, estos procesos de modificación se centran en sobre-expresar o introducir en el genoma características específicas de interés. Por ejemplo, en el caso del maíz lo que interesó a los primeros agricultores fue aumentar el número de mazorcas por planta y el número de granos en cada mazorca (ver: De la milpa a la mesa: maíz, esquites y más). Sin embargo, en el camino para lograr la manifestación de estas características, otras más fueron alteradas, pues el desarrollo de los organismos vivos es un proceso complejo en el que todo está conectado. Como consecuencia, muchas veces observamos cambios en otras características de las plantas modificadas que no son los que se buscaban. A estos cambios se les conoce en biología como efectos no intencionados de la modificación, y los podemos observar en el fenotipo de la gran mayoría de los cultivos actuales. Estos efectos no intencionados ocurren a través de complejos procesos a nivel genético dentro de los organismos, que son ocasionados tanto por las múltiples cruzas como por la introducción de nuevo material genético. Debido a que estos efectos se han observado en la mayoría de los cultivos que son la base de la alimentación mundial, sus consecuencias en la ecología y evolución de las especies son de especial importancia para las poblaciones humanas. Por otra parte, la agro-biodiversidad que constituyen las poblaciones silvestres y domesticadas es de suma importancia, ya que es la herramienta que le permite a los organismos adaptarse a condiciones ambientales cambiantes como las que se prevén en los escenarios de cambio climático.

¿Qué hicimos?

Los efectos no intencionados de la modificación son un fenómeno ampliamente reportado en laliteratura científica; por esto nos propusimos a compilar toda esa información para poder realizar un análisis integral de estos fenómenos en plantas que tienen gran importancia alimenticia y social. Recopilamos cientos de estudios que analizan características fenotípicas que pueden resultar afectadas en los procesos de modificación por ingeniería genética. Escogimos un total de cinco cultivos representativos: arroz, maíz, canola, girasol y calabaza. Todos ellos tienen una gran relevancia para la alimentación e industria a escala mundial. Seleccionamos todas las investigaciones en las que se hicieron experimentos controlados, donde se comparan características fenotípicas que son importantes para la reproducción y supervivencia de plantas silvestres, domesticadas y transgénicas en un mismo cultivo.

¿Cómo lo hicimos?

Estudiamos los datos de un total de 120 investigaciones publicados en revistas científicas utilizando análisis estadísticos. Dentro de las características fenotípicas analizadas están la altura de la planta, el número de semillas, el número de frutos, los días a la floración y la viabilidad del polen. Realizamos análisis individuales por cada especie, comparando, por ejemplo, el número de semillas del maíz silvestre (teosintle) con el número de semillas del maíz domesticado y transgénico. Además, llevamos a cabo análisis estadísticos que permiten integrar toda la información disponible de un mismo cultivo, para así poder observar, por ejemplo, si podíamos distinguir a las plantas silvestres de las domesticadas y las transgénicas.

¿Qué esperábamos encontrar?

Buscábamos conocer si los distintos tipos de modificación humana (domesticación y transgénesis) pueden alterar el fenotipo de las plantas de tal manera que fuera posible diferenciar organismos silvestres, domesticados y transgénicos en una misma especie. Adicionalmente, dado que la transgénesis está diseñada para impactar únicamente una característica, sería de esperarse que hubiera menos diferencias fenotípicas entre plantas domesticadas y transgénicas que al comparar silvestres y domesticadas.

¿Qué encontramos?

Luego de analizar toda la información recopilada, encontramos diferencias estadísticas en casi todas las comparaciones de características fenotípicas entre los distintos tipos de plantas (silvestres, domesticadas y transgénicas) dentro de un mismo cultivo. Al analizar de manera integral todas las características dentro del mismo cultivo, encontramos que cada tipo de organismo se puede distinguir claramente, ya que se parecen más entre sí, que con otro tipo de organismos. Por ejemplo, un maíz silvestre comparte más características con otro maíz silvestre, que con un maíz domesticado.

El caso del maíz

Hernandez Escalante02El caso del maíz es un buen ejemplo para ilustrar nuestras observaciones ya que presenta casi todos los efectos que encontramos en los cinco cultivos. En la imagen observamos el gráfico correspondiente al análisis integral de los datos del maíz, en el cual se distinguen claramente los tres tipos analizados. Los organismos se agrupan, por su parecido fenotípico, en silvestre, domesticado o transgénico. Observamos también que el óvalo correspondiente a los maíces silvestres es más grande que el de los domesticados, lo que corresponde a una mayor diversidad fenotípica. Esto se debe a que en los procesos de domesticación únicamente se seleccionan algunas características de interés agronómico, dejando de lado gran parte de la diversidad fenotípica, por lo cual los organismos domesticados tienen menor diversidad fenotípica que sus parientes silvestres.

     Finalmente, observamos también que, contrario a lo que esperábamos, existe variación biológica entre los organismos domesticados y los transgénicos. Esto contradice nuestras expectativas, pues uno de los supuestos de los OGM es que, al trabajar con características específicas, únicamente éstas se ven afectadas y las demás permanecen sin variaciones. Esto implicaría que al comparar un organismo transgénico con su pariente domesticado más cercano, solamente encontraríamos diferencias en la característica específica que se modificó. Por ejemplo, en el caso del maíz transgénico resistente a plagas, si lo comparáramos con su pariente domesticado encontraríamos que, en un ambiente en presencia de plagas que dañan el maíz, el pariente domesticado sufriría mayor daño que el modificado genéticamente, pues este último cuenta con una nueva característica que le permite defenderse mejor. Sin embargo, nuestros resultados muestran que esto no es una regla, ya que en muchos casos podemos encontrar diferencias, otras características que no son las de interés pero que fueron provocadas por el proceso de modificación, es decir, surgen efectos no intencionados de la modificación.

Nuestra conclusión

Los resultados encontrados en nuestra investigación muestran cómo las intervenciones humanas han causado, en algunos casos a lo largo de miles de años, importantes cambios en las poblaciones de plantas que utilizamos. Aunque históricamente estas estrategias han satisfecho las necesidades de producción de alimento de nuestra especie, es importante reflexionar acerca de las consecuencias de su impacto en la agro-biodiversidad de las poblaciones de plantas. En muchos casos, podemos observar consecuencias de estas intervenciones humanas en diversas características que no son el objetivo principal de la modificación, es decir, efectos no deseados de la modificación. Sin embargo, las consecuencias ecológicas y evolutivas de estos efectos no deseados siguen sin conocerse. Esto se debe, principalmente, a que en los esfuerzos de regulación y determinación de impacto ambiental de los OGM se analizan únicamente las características en las que se esperan los cambios ocasionados por la modificación, dejando de lado otras que podrían verse afectadas, tales como las presentadas en este estudio.
     Con el fin de contribuir a entender mejor este impacto, en el futuro es necesario que los estudios que documenten cambios en cultivos mejorados por el hombre integren el mayor número de características posibles, de modo que permitan la adecuada detección de efectos no deseados. Esto con el fin de diseñar estrategias de mejoramiento de nuevos cultivos, o de conservación, que no comprometan las posibles decisiones de nuevas generaciones humanas en materia de agrobiodiversidad.

Este trabajo se puede obtener gratuitamente en la página de la revista científica Frontiers in Plant Sciencie:
Referencia: Hernández-Terán, A., A. Wegier, M. Benítez, R. Lira y A.E. Escalante. 2017. Domesticated, Genetically Engineered, and Wild Plant Relatives Exhibit Unintended Phenotypic Differences: A Comparative Meta-Analysis Profiling Rice, Canola, Maize, Sunflower, and Pumpkin. Front. Plant Sci. 8:2030. doi: 10.3389/fpls.2017.02030

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