Adaptarse o extinguirse: la genética de las plantas ante la crisis climática

El genetista Moisés Expósito Alonso utiliza la planta modelo Arabidopsis thaliana para estudiar cómo pueden adaptarse las especies vegetales al cambio climático

¿Sobreviviremos a la crisis climática? Oigas lo que oigas, esa es la gran pregunta de nuestro tiempo. Una pregunta imposible de contestar sin dividirla primero en otras más pequeñas y manejables. Y una de ellas es decisiva: ¿podrán las plantas evolucionar lo suficientemente rápido como para adaptarse al cambio climático? Porque las necesitamos para vivir, porque sostienen el equilibrio ecológico del planeta y porque de su capacidad de adaptación depende, en gran medida, la nuestra. El investigador de la Universidad de California en Berkeley Moisés Expósito Alonso trabaja para aportar respuestas científicas a esa cuestión clave para nuestra supervivencia.

Un pequeño genoma con mucho potencial

El trabajo de Moisés Expósito se centra en Arabidopsis thaliana, una modesta planta que cualquiera podría confundir con una mala hierba. Sin embargo, esta especie es a la genética vegetal lo que el ratón a la fisiología humana:un modelo perfecto para estudiar cómo funciona un organismo vivo en condiciones favorables y también en condiciones extremas, al tiempo que se puede observar cómo cambian sus genes generación tras generación. “La principal ventaja de esta especie es que tiene un genoma muy compacto: solo cinco pares de cromosomas”, explica Expósito. “Eso la hace ideal para estudiar la genética vegetal”. En comparación, los seres humanos tenemos 23 pares de cromosomas. De manera que, más que estudiar esta planta en concreto, el objetivo es utilizarla como una ventana para comprender cómo responderán los ecosistemas vegetales ante un planeta que cambia rápidamente.

Lo que distingue al laboratorio de Moisés Expósito de otros muchos en el mundo en los que se estudia Arabidopsis como modelo de plantas es que allí trabajan con variedades silvestres de esta especie, encontradas en localizaciones inesperadas, como zonas alpinas en la Sierra Nevada o cerca de desiertos en el Levante mediterráneo. Siguiendo con el símil del ratón de laboratorio, aunque en la naturaleza hay muchos tipos de ratones, en la investigación biomédica se crían cepas específicas para asegurar la homogeneidad genética. Lo mismo ocurre con Arabidopsis thaliana, cuyos genotipos en investigación botánica suelen estar estandarizados. Sin embargo, en la naturaleza hay muchas variantes.

“La mayoría de los estudios sobre esta planta se centran sólo en condiciones de laboratorio”, explica Expósito. En su equipo intentan incorporar la perspectiva evolutiva y ecológica: buscan la planta en la naturaleza, la cultivan en el campo y secuencian su ADN. Así pueden leer los genomas de poblaciones que viven en climas muy distintos y detectar regiones donde se han acumulado más mutaciones de lo esperado. “Esas señales nos indican dónde ha actuado la selección natural”, resume el investigador.

“En 2016, el laboratorio donde hice mi doctorado publicó más de mil genomas de esta planta”, recuerda Expósito. Ese trabajo permitió trazar un mapa global de su diversidad genética: identificar poblaciones antiguas que han sobrevivido en hábitats ancestrales – especialmente en la península ibérica – y otras que se expandieron tras la última glaciación y hoy ocupan una gran variedad de entornos. Este tipo de estudios reconstruyen la historia de la especie y, además, ayudan a entender cómo distintas combinaciones de genes pueden influir en la capacidad de las plantas para adaptarse a nuevos climas.

Hoy, esa línea de investigación continúa en su propio laboratorio. En el laboratorio que dirige en la Universidad de California en Berkeley, el MOILAB, el equipo de Expósito combina el trabajo de campo, la genómica y la computación. Plantan Arabidopsis en condiciones ambientales distintas, analizan su genética y desarrollan modelos predictivos para simular cómo responderán sus descendientes ante escenarios climáticos cada vez más extremos. Estas herramientas también permiten inferir qué podría ocurrir en otras especies vegetales. 

En 2025, Expósito Alonso visitó la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH) para impartir un seminario sobre genómica evolutiva del cambio climático. Uno de los últimos estudios de su laboratorio ayuda a comprender cómo la composición genética de una población condiciona su supervivencia frente al estrés ambiental.

El estudio pone a prueba la hipótesis de que, a medida que avance el cambio climático, la diversidad genética —y, especialmente, la combinación concreta de variantes dentro de cada población de plantas— será determinante para su persistencia o desaparición.

Para comprobarlo, los investigadores crearon 135 poblaciones sintéticas de Arabidopsis, todas con niveles similares de diversidad genética, pero con combinaciones distintas de alelos potencialmente adaptativos y de mutaciones perjudiciales, es decir, con diferentes balances de factores favorables y desfavorables para la supervivencia. Después las cultivaron durante tres años en un experimento de campo diseñado para simular un gradiente de sequía creciente.

Los resultados indican que la supervivencia de una población vegetal en un contexto de cambio climático depende críticamente de la composición exacta de sus variantes genéticas. Cuando una población combina variantes poco favorables para el nuevo clima con una acumulación de mutaciones perjudiciales, ambos factores pueden reducir de forma drástica su probabilidad de supervivencia, especialmente en condiciones extremas.

En poblaciones pequeñas o aisladas, explica Expósito, esta combinación puede desencadenar lo que denominan un ‘vórtex de extinción’, un círculo vicioso en el que la acumulación de mutaciones perjudiciales y la falta de adaptación reducen cada vez más las posibilidades de supervivencia de una población. “No estamos muy preocupados por Arabidopsis porque vive en muchos sitios y crece mucho”, matiza el investigador, “pero es algo que probablemente esté sucediendo en muchas especies en peligro de extinción”. Y es que, por definición, muchas especies amenazadas sobreviven precisamente en poblaciones pequeñas y aisladas, lo que las hace especialmente vulnerables a este proceso.

La planta de laboratorio por excelencia

La simplicidad genética de Arabidopsis thaliana —la primera planta cuyo genoma se secuenció por completo en el año 2000— permite abordar preguntas esenciales para el futuro de los ecosistemas: ¿la diversidad genética existente puede sostener una evolución lo bastante rápida ante cambios ambientales bruscos?; ¿cómo se organiza, a escala del genoma, la capacidad de adaptación de las plantas?; ¿qué rasgos fisiológicos y de ciclo vital facilitan sobrevivir a un clima más extremo?; ¿hasta qué punto es posible utilizar nuevas herramientas de biología molecular para favorecer la adaptación de una especie vegetal?; ¿podemos desplegar sistemas de seguimiento global que detecten a tiempo el declive de especies y ecosistemas y orienten políticas de conservación más efectivas?

Moisés Expósito tiene claro que responder a todas estas cuestiones requiere una mirada caleidoscópica. Por eso, en su laboratorio hay especialistas en ecología experimental, en genética evolutiva, en biología molecular y también en computación. Todas las perspectivas y voces son bienvenidas. Pero hay algo que no es negociable: todo el equipo debe conocer el trabajo de campo y colaborar en contacto con la naturaleza.

Un viaje de 475 millones de años para entender el presente

Sus plantaciones experimentales son un vivero de conocimiento científico. Y son, además, preciosas. Las flores de Arabidopsis thaliana son pequeñas, blancas y discretas, pero representan una de las innovaciones evolutivas más recientes y decisivas del mundo vegetal. Las angiospermas —las plantas con flores y frutos— aparecieron cuando los mamíferos ya existían, y su sofisticado sistema reproductivo les permitió convertirse en el grupo vegetal dominante en la Tierra.

En las últimas décadas, la genómica ha permitido reconstruir esta historia con gran precisión. Analizando el material genético de más de mil especies vegetales —desde algas hasta plantas con flores—, la comunidad científica ha podido trazar un árbol evolutivo muy detallado del mundo vegetal. Estos estudios demuestran que la evolución de las plantas no ha sido un proceso lineal, sino una historia compleja marcada por duplicaciones del genoma, por expansiones de familias de genes y por episodios de diversificación y extinción. La diversidad vegetal actual es el resultado de millones de años de cambios genéticos.

El mundo vegetal ante un evento de extinción masiva

Los grandes linajes vegetales que surgieron a lo largo de la evolución —desde las algas verdes emparentadas con las plantas terrestres hasta las briófitas, las licófitas y los distintos grupos de plantas vasculares sin semillas, como los helechos— siguen presentes hoy, aunque muchas de sus especies concretas hayan desaparecido con el tiempo han sido sustituidas por plantas con flores. Pero las presiones selectivas del cambio climático que vivimos hoy en día son rápidas, intensas y globales. Y quizá lleven a otro cambio en el balance de especies ‘ganadoras’ y ‘perdedoras’.

“Antes de intentar rescatar una población, tenemos que entender qué diversidad genética conserva y cuánto hábitat ha perdido”, explica Expósito. Por eso es fundamental preguntarse qué especies podrán adaptarse y cuáles no. La humanidad depende de las plantas para respirar, alimentarse y sostener los ecosistemas que hacen posible la vida.

“Durante mucho tiempo, la conservación se centró en especies o ecosistemas. Ahora estamos empezando a entender que también hay que proteger la diversidad genética”, explica Expósito. Su trabajo demuestra, con datos experimentales, que la composición genética de cada población será decisiva para determinar cuáles podrán resistir el clima del futuro.

Además de su trabajo científico, Expósito también participa en los debates internacionales sobre biodiversidad. Ha asistido como observador académico de la Universidad de California a las conferencias del Convenio sobre la Diversidad Biológica (COP), celebradas en Colombia, Kunming y Montreal, donde la diversidad genética ha empezado a incorporarse a las estrategias globales de conservación. “No hay muchos investigadores presentes en estos foros”, explica, “pero la comunidad científica puede contribuir aportando datos, modelos y conocimiento para orientar las decisiones políticas”.

Entonces, ¿sobrevivirán las plantas al cambio climático? Ante la típica pregunta de ‘responde sí o no’, que rara vez tiene sentido en ciencia, Expósito nos responde que “Si tengo que elegir una respuesta, diría que sí: las plantas pueden adaptarse; pero [su supervivencia] dependerá de la velocidad del cambio climático y de cuánta diversidad genética conserve cada especie”. 

Responder con certeza a esa pregunta llevará tiempo. Pero en laboratorios como el suyo, entre experimentos de campo, genomas secuenciados y modelos evolutivos, la ciencia intenta descifrar si el mundo vegetal podrá seguir adaptándose a un planeta cambiante. Como las plantas, el progreso del conocimiento científico necesita cuidado, paciencia y apoyo para florecer.

: ) Agradecemos al profesor de Toxicología de la UMH, Javier Esteban Mozo, su colaboración en la realización de esta entrevista y de este material divulgativo, así como al investigador de la Universidad de California en Berkeley, Moisés Expósito Alonso, por la oportunidad de conversar sobre su trabajo y por la revisión científica de este artículo.