Los herbívoros que recorren la sabana africana son enormes y comen mucho. Sin embargo, de alguna manera, todos se las arreglan para vivir más o menos en el mismo lugar, apoyados por el mismo entorno de escasa vegetación. En 2013, los ecologistas querían saber exactamente cómo funcionaba esto. Sin embargo, como los elefantes, las cebras, los búfalos y los impalas recorren muchos kilómetros para alimentarse y no les gusta que los humanos entrometidos los observen comer, era casi imposible averiguar sus dietas.
A los investigadores les tocó, como suele ocurrir, escudriñar las cacas. Pero las plantas digeridas eran imposibles de identificar sólo con ojos humanos. Así que para este rompecabezas, recurrieron a lo que era una técnica genética relativamente nueva:

Los ecologistas llevaron las muestras al laboratorio y analizaron el ADN de los restos de las plantas, buscando un gen específico conocido como citocromo c oxidasa I. Debido a su ubicación en la mitocondria de la célula, el gen, conocido como COI para abreviar, tiene una tasa de mutación aproximadamente tres veces mayor que la de otras formas de ADN. Esto significa que mostrará con mayor claridad las diferencias genéticas entre organismos incluso muy emparentados, lo que lo convierte en una forma útil de separar especies en grupos que van desde las aves hasta las mariposas, como la etiqueta del interior de la camisa o el código de barras de un supermercado.

Por este ingenioso método, denominado acertadamente código de barras del ADN, podemos dar las gracias a un genetista que estaba harto de los métodos «estresantes» y lentos de la taxonomía tradicional. Paul Hebert, biólogo molecular de la Universidad de Guelph (Canadá), recuerda una noche húmeda y nublada que pasó recogiendo insectos en una sábana como investigador postdoctoral en Nueva Guinea.

«Cuando los clasificamos morfológicamente al día siguiente, nos dimos cuenta de que habían llegado miles de especies», dice Hebert. Muchas, por lo que pudo ver, nunca habían sido descritas por la ciencia. «Me di cuenta de que en esa noche había encontrado suficientes especímenes para mantenerme ocupado el resto de mi vida», dice.

Hebert continúa: «Fue en ese momento cuando me di cuenta de que la taxonomía morfológica no podía ser la forma de registrar la vida en nuestro planeta». Regaló sus colecciones de especímenes y se dedicó a otras investigaciones sobre la biología evolutiva del Ártico -los «hábitats con menor diversidad de especies que pude encontrar», según sus palabras-, pero el tema de la medición de la biodiversidad de la Tierra siempre estuvo presente en su mente.

La tecnología siguió avanzando a mediados de la década de 1990, permitiendo a los investigadores aislar y analizar trozos de ADN cada vez más pequeños. Hebert, que trabajaba en Australia como investigador visitante, decidió empezar a «jugar» secuenciando el ADN de diferentes organismos y buscando una única secuencia que pudiera aislarse fácilmente y utilizarse para distinguir rápidamente las especies. «Me decidí por una región del gen mitocondrial que resultaba eficaz en muchos casos», dice. Se trataba de la COI.

Hebert decidió probar su método en su propio patio trasero, recogiendo decenas de insectos y codificándolos con barras. Descubrió que podía distinguir los insectos con facilidad. «Pensé: ‘Oye, si funciona con 200 especies en mi patio trasero, ¿por qué no va a funcionar en el planeta?»

Y, con algunas excepciones, así ha sido.

Usando esta técnica, los investigadores del estudio de la sabana de 2013 pudieron reconstruir las variadas dietas de estos animales coexistentes. «Pudimos saber todo lo que comían los animales a partir del código de barras de sus excrementos», afirma W. John Kress, conservador de botánica del Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian, que colaboró en el estudio. Al informar a los gestores de la fauna silvestre y a los científicos de qué hierbas se alimenta exactamente cada animal, estos resultados «podrían tener un impacto directo en el diseño de nuevas áreas de conservación para estos animales», dice Kress.

También proporcionó a los ecologistas una imagen más amplia de cómo funciona todo el ecosistema en conjunto. «Ahora se puede ver cómo estas especies coexisten realmente en la sabana», dice Kress. Hoy en día, la idea misma de lo que constituye una especie está cambiando, gracias a los códigos de barras de ADN y otras técnicas genéticas.

Desde los tiempos de Darwin, los taxónomos han filtrado las especies basándose en lo que podían observar. Es decir, si se parece a un pato, camina como un pato y suena como un pato, se le echa al montón de los patos. La llegada de la secuenciación del ADN en la década de 1980 cambió el juego. Ahora, al leer el código genético que hace que un organismo sea lo que es, los científicos pueden obtener nuevos conocimientos sobre la historia evolutiva de las especies. Sin embargo, comparar los millones o miles de millones de pares de bases que componen el genoma puede ser una propuesta costosa y que requiere mucho tiempo.

Con un marcador como la citocromo c oxidasa I, se pueden señalar estas distinciones de forma más rápida y eficiente. El código de barras puede indicar en cuestión de horas -que es lo que se tarda en secuenciar un código de barras de ADN en un laboratorio de biología molecular bien equipado- que dos especies que parecen exactamente iguales en la superficie son sustancialmente diferentes a nivel genético. El año pasado, unos científicos chilenos utilizaron el código de barras del ADN para identificar una nueva especie de abeja que los investigadores de insectos habían pasado por alto durante los últimos 160 años.

Trabajando con Hebert, expertos como el conservador de entomología del Museo Nacional de Historia Natural, John Burns, han podido distinguir muchos organismos que antes se consideraban de la misma especie. Los avances en la técnica permiten ahora a los investigadores codificar con barras especímenes de museos del siglo XIX, dice Burns, lo que abre la posibilidad de reclasificar definiciones de especies establecidas desde hace tiempo. Un año después de que Hebert describiera el código de barras del ADN, Burns lo utilizó él mismo para identificar uno de esos casos: una especie de mariposa identificada en el siglo XVII que resultó ser en realidad 10 especies distintas.

Definir las turbias definiciones de las especies tiene ramificaciones fuera del ámbito académico. Puede dar a los científicos y a los legisladores una mejor idea del número de especies y de su estado de salud, información crucial para protegerlas, dice Craig Hilton-Taylor, que dirige la «Lista Roja» de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza. Aunque la organización depende de diferentes grupos de expertos que pueden trabajar desde distintas perspectivas sobre la mejor manera de definir una especie, el código de barras de ADN ha ayudado a muchos de estos grupos a discriminar con mayor precisión entre las distintas especies.

«Les pedimos que piensen en todas las nuevas pruebas genéticas que se presentan ahora», dice Hilton-Taylor sobre los procedimientos actuales de la UICN.

Aunque innovadora, la técnica original de código de barras tenía limitaciones. Por ejemplo, sólo funcionaba en animales, no en plantas, porque el gen COI no mutaba lo suficientemente rápido en las plantas. En 2007, Kress ayudó a ampliar la técnica de Hebert identificando otros genes que mutan con similar rapidez en las plantas, lo que permitió realizar estudios como el de la sabana.

Kress recuerda cómo, a partir de 2008, él y un antiguo colega suyo, el ecólogo de la Universidad de Connecticut Carlos García-Robledo, utilizaron el código de barras de ADN para comparar las distintas plantas de las que se alimentaban las diferentes especies de insectos en la selva tropical de Costa Rica. Pudieron recoger insectos, molerlos y secuenciar rápidamente el ADN de sus intestinos para determinar lo que comían.

Antes, García-Robledo y otros científicos habrían tenido que seguir tediosamente a los insectos y documentar sus dietas. «Pueden pasar años para que un investigador entienda completamente las dietas de una comunidad de insectos herbívoros en una selva tropical sin la ayuda de los códigos de barras de ADN», dijo García-Robledo a Smithsonian Insider en una entrevista de 2013.

Desde entonces, han podido ampliar esa investigación observando cómo el número de especies y sus dietas difieren en diferentes elevaciones, y cómo el aumento de las temperaturas debido al cambio climático podría afectar a esto, ya que las especies se ven obligadas a moverse cada vez más alto. «Hemos desarrollado una red completa y compleja de cómo interactúan los insectos y las plantas, lo cual era imposible de hacer antes», afirma Kress.

«De repente, de una manera mucho más sencilla, utilizando el ADN, pudimos seguir, cuantificar y repetir estos experimentos y entender estas cosas de una manera mucho más detallada», añade. Kress y otros investigadores también están utilizando el código de barras para analizar muestras de suelo en busca de las comunidades de organismos que las habitan, dice. El código de barras también es prometedor para ayudar a identificar los restos de material genético que se encuentran en el medio ambiente.

«Para los ecologistas», dice Kress, «el código de barras de ADN realmente está abriendo una forma totalmente diferente de rastrear cosas en los hábitats donde antes no podíamos rastrearlas».

Al permitir a los científicos escudriñar un gen específico en lugar de tener que secuenciar genomas enteros y compararlos, Hebert esperaba que su método permitiera que el análisis genético y la identificación se llevaran a cabo mucho más rápido y barato que la secuenciación completa. «Los últimos 14 años han demostrado que funciona de forma mucho más eficaz y que es mucho más sencillo de aplicar de lo que había previsto», dice ahora.

Pero aún ve margen de progreso. «Realmente estamos lidiando con datos inadecuados en términos de abundancia y distribución de las especies», dice Hebert de los conservacionistas ahora. La rápida mejora de la tecnología para analizar las muestras de ADN de forma más rápida y con menos material necesario, junto con el código de barras de ADN, ofrece una salida, dice Hebert, con escáneres modernos que ya son capaces de leer cientos de millones de pares de bases en horas, en comparación con los miles de pares de bases que podían leerse en ese mismo tiempo con la tecnología anterior.

Hebert imagina un futuro en el que el ADN se recoja y se secuencie automáticamente a partir de sensores en todo el mundo, lo que permitirá a los conservacionistas y taxónomos acceder a grandes cantidades de datos sobre la salud y la distribución de diversas especies. Ahora está trabajando para organizar una biblioteca mundial de códigos de barras de ADN que los científicos puedan utilizar para identificar rápidamente un espécimen desconocido, algo así como una Pokedex de la vida real.

«¿Cómo predecirías el cambio climático si leyeras la temperatura en un punto del planeta o un día al año?» señala Hebert. «Si vamos a tomarnos en serio la conservación de la biodiversidad, tenemos que cambiar por completo nuestros puntos de vista sobre la cantidad de monitorización que va a ser necesaria»

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