Las larvas de estos anfibios cambian de forma y se hacen caníbales para sobrevivir

En lo alto de las montañas de las Three Sisters (Tres hermanas) de la Cordillera de las Cascadas, en el centro de Oregón, un grupo de investigadores llegó hasta un estanque tranquilo tras una larga caminata. Y descubrieron que solamente vivían allí unas salamandras de aspecto muy extraño.

"Enseguida me di cuenta de que las larvas [de la salamandra] eran muy delgadas y tenían una cabeza de gran tamaño", afirma Susan Walls, bióloga investigadora del United States Geological Survey [Servicio Geológico de los Estados Unidos]. Cuando observó más detenidamente, pudo notar que las cabezas y las mandíbulas de esta población de salamandras de dedos largos eran mucho más grandes de lo normal. Resulta que estas bocas de mayor tamaño tenían un propósito muy específico: el canibalismo.

En uno de los primeros trabajos de investigación sobre este tema, Walls describió que estas mandíbulas de mayor tamaño también habían desarrollado dientes vomerinos más grandes (en esta especie, generalmente son solo pequeñas protuberancias detrás de la primera fila de dientes), que parecían colmillos. Esto les permitía devorar mejor a sus parientes, pero ¿por qué?

Cuando son jóvenes, antes de estar listas para vivir en la tierra, las salamandras de dedos largos pueden "cambiar de forma": la cabeza y mandíbula adoptan un tamaño desproporcionado con respecto al cuerpo, y sus dientes vomerinos se vuelven más filosos. Si hay suficiente comida y agua, no desarrollan estos rasgos, pero si tienen hambre durante días y necesitan salir del estanque de forma urgente (por ejemplo, durante una primavera o verano más seco), pueden aumentar el tamaño de la cabeza y los dientes, y luego devolverlos a su forma original. Claramente, una boca y colmillos más grandes les permiten comer presas más grandes, incluidos sus parientes. Esta dieta rica en proteínas evita que mueran de hambre y los ayuda a madurar más rápido para que puedan salir del estanque antes de que se seque.

Este es un claro ejemplo de plasticidad fenotípica (cambios en la apariencia de un animal inducidos por el medio ambiente) y no solo lo hacen las salamandras de dedos largos. También puede observarse en varias especies de anfibios y otras clases de animales. "Hay algunos insectos que pueden cambiar el tamaño de su cabeza y hacerla más grande o más pequeña según necesiten, algunos gusanos nematodos tienen adaptaciones caníbales y dientes, y hay protistas [criaturas unicelulares] que pueden desarrollar una forma caníbal cuando se ven amenazadas ante un número elevado de la misma especie", comenta David Pfennig, profesor de biología en la University of North Carolina, que ha investigado este fenómeno en salamandras tigre y sapos pata de pala.       

Comprender los mecanismos relacionados con la plasticidad fenotípica es clave para poder ayudar a los anfibios, cuyo número ya ha disminuido en un 43 por ciento a nivel mundial, la tasa más alta de pérdida de diversidad entre los vertebrados. 

Convertirse en caníbal

La mayoría de los anfibios son bifásicos, lo que significa que pasan sus primeras semanas de vida en el agua y su vida adulta en la tierra. La plasticidad fenotípica solamente puede ocurrir durante la primera parte de su ciclo de vida.

Las larvas de salamandra de dedos largos, muy parecidas a los renacuajos, generalmente no se comen entre sí, pero son agresivas: "Al observar de cerca a estos animales, vi muchas picaduras y lesiones", comenta Erica Wildy, profesora asociada de biología en la California State University, East Bay, que estudió las mismas subespecies de salamandras de dedos largos que estudió Walls, entre otras más.

A lo largo de su investigación sobre cómo se relacionaba el alimento con la agresión en las larvas de salamandras de dedos largos, notó que las salamandras de montaña se comportaban de manera diferente con respecto a las que viven en el valle, donde los alimentos y el agua son más fáciles de obtener. Descubrió que las salamandras del valle no mostraban tanta agresión ni ningún "rasgo caníbal", como las versiones de mandíbula grande y pseudo-colmillos de las salamandras de dedos largos. El trabajo de Wildy revela que el estrés de un ambiente con escasos nutrientes es un factor clave para explicar la agresión y el canibalismo de las salamandras aisladas en la montaña.

Wildy también notó que las versiones caníbales parecían tener una tasa de crecimiento más rápida en comparación con las que se alimentaban básicamente de zooplancton. Es probable que hayan tenido que crecer más rápido y salir del estanque antes de que se secara, especuló Wildy. Un estaque seco significaría la muerte instantánea para una salamandra que todavía se encuentra en estado larvario.

Según explica Wall, si las salamandras de rasgos caníbales se mudan a un hábitat más espacioso y vuelven a alimentarse según su dieta típica, adoptan nuevamente sus rasgos comunes.

Especies que cambian de forma

¿Qué tipo de factores ambientales pueden inducir cambios tan dramáticos? En el caso de la salamandra de dedos largos, se trató de la escasez de alimentos y la sequedad repentina de los estanques. En el caso de las salamandras tigre, se trata de espacio: cuando hay una demasiada cantidad de ellas, los roces pueden desencadenar el desarrollo de rasgos caníbales como un dispositivo para reducir las grandes concentraciones de la especie.

El tamaño de la cabeza de los renacuajos del sapo pata de pala se adapta según el tipo de alimento disponible. Si en su primer tiempo de vida deben comer presas grandes, algunos podrían adoptar una cabeza muy grande, comenta Pfennig. La forma normal y la forma carnívora de cabeza grande se ven tan distintas que los científicos solían pensar que se trataba de dos especies diferentes.

Algunos rasgos se desarrollan para evitar a los depredadores. Los renacuajos de rana de árbol neotropical revelan distintas adaptaciones de color y musculatura en respuesta a los tipos de depredadores que los rodean.

"Si huelen que hay peces en el agua, desarrollan una cola larga y clara y agrandarán el tamaño de los músculos de la cola”, comenta Justin Touchon, profesor asistente de biología en el Vassar College. Así, para los peces es más difícil verlos y ellos pueden escapar nadando rápidamente.

"En cambio, si huelen larvas de libélulas, desarrollan una aleta grande y colorida", explica Touchon. Esta cola distraerá a la libélula y hará que ataque la cola en lugar del vulnerable cuerpo blando del renacuajo.

¿Evolución en acción?

Touchon sostiene que no se sabe la causa exacta de estos cambios, pero la expresión genética es clave. "Un animal huele a cierto depredador o detecta que el agua está caliente, y activa algunos genes que le permiten desarrollarse rápidamente, o suprimir otros genes".

Actualmente se encuentra investigando qué genes podrían ser responsables de estos cambios en las ranas arborícolas.

Parece que la plasticidad fenotípica es evolución en acción; y bueno, quizás lo sea: “Muchos investigadores piensan que la plasticidad fenotípica no tiene efectos en la evolución, ya que los cambios inducidos por el medio ambiente generalmente no se heredan. Otros sostienen que la plasticidad actúa para frenar la evolución. Pero otro argumento sugiere que la plasticidad fenotípica acelera la evolución”, comenta Pfennig.

Tener la habilidad de responder rápidamente a diferentes condiciones ambientales es una ventaja para cualquier especie, lo cual conlleva implicaciones muy importantes en la medida en que el clima continúa cambiando. Los sapos de Pfennig en Arizona tienen lapsos de tiempo cada vez más cortos para transformarse de renacuajo a sapo en el contexto de crecientes sequías e incendios forestales en el oeste de los EE. UU. Como consecuencia, los rasgos carnívoros (o caníbales) pueden volverse más comunes: más alimentos ricos en proteínas significa que podrán convertirse en adultos más rápidamente, salir de su vivero acuoso y reproducirse más rápido.

“La plasticidad debe ofrecer cierta flexibilidad a las especies para permitirles subsistir en el contexto del cambio ambiental", sostiene Touchon.

Eso podría funcionar, pero solo si el cambio es algo para lo que la plasticidad de un animal ya está preparado. "La capacidad de supervivencia de un organismo depende de dónde viven, a qué se adaptan mediante la selección anterior y qué va a producir el cambio climático en ese lugar", explica Mary Jane West-Eberhard, científica emérita dek Smithsonian Tropical Research Institute, la sección de la Smithsonian Institution con sede en Panamá, dedicada a la ecología tropical.

Un ejemplo de plasticidad útil para la adaptación al cambio climático es el de la salamandra de Florida (Ambystoma cingulatum). En octubre de 2018, el huracán Michael introdujo agua salada en el St. Marks National Wildlife Refuge en la Costa del Golfo, donde estas salamandras se reproducen en estanques de agua dulce. Después de la tormenta, Susan Walls, que ahora trabaja en la región, encontró salamandras vivas, incluso en sitios inundados con agua de mar salada.

¿Cómo pudieron haber sobrevivido? “Los estudios han demostrado que animales emparentados, como los tritones, que viven en áreas costeras, son más tolerantes a las condiciones del agua salada que los individuos que se encuentran en zonas río arriba. Ese es un tipo de plasticidad fenotípica, pues pueden adaptarse a condiciones más locales", afirma Walls.

Walls espera que a medida que los científicos aprendan más sobre cómo los anfibios pueden adaptarse a las condiciones exacerbadas por el cambio climático, los humanos pueden usar esa información para tomar decisiones más inteligentes con el fin de protegerlas.