Ella rastrea el ADN de especies escurridizas que se esconden en lugares hostiles

Tracie Seimon descubrió temprano su pasión por el mundo natural. Cuando era niña y crecía en Colorado, disfrutaba "cosechar insectos" en el patio trasero de su familia y tener una granja de hormigas como pasatiempo. Cuando veía la tala de árboles en la televisión, se angustiaba. Ella y su padre solían estudiar el cielo nocturno a través de un telescopio hasta que su curiosidad la llevó a desmontar el telescopio para averiguar cómo funcionaba. Nunca pudo recuperarse. Cuando sus padres más tarde le regalaron un microscopio, le dijeron que lo dejara intacto.

“Miré todo lo que había debajo”, dijo.

En 2007, cuando Seimon era profesora junior en la Universidad de Columbia y elegía una carrera, se sintió atraída en dos direcciones opuestas. Podría haber aceptado una oferta para un puesto de profesor titular para continuar con su investigación médica sobre enfermedades cardiovasculares. Pero en cambio, tomó un trabajo de medio tiempo para ayudar a desarrollar un laboratorio molecular para la Sociedad de Conservación de la Vida Silvestre (WCS). Eso finalmente se transformó en una oferta única para ayudar a lanzar un nuevo laboratorio en el Zoológico del Bronx como investigador conjunto de WCS y el Centro de Infección e Inmunidad de la Universidad de Columbia. “Estaba entrenando en el descubrimiento de patógenos” mientras también “trataba de construir lentamente” el nuevo laboratorio, dijo.

Hoy, Seimon es el director del Laboratorio de Diagnóstico Molecular de WCS con sede en el Zoológico del Bronx. Ha sido pionera en el uso de tecnologías basadas en el ADN para detectar y monitorear especies en la naturaleza, particularmente en entornos desafiantes. Su investigación sobre biodiversidad la ha llevado a Perú, Myanmar, Vietnam, Camboya, Rusia, Uganda y Ruanda.

Seimon incluso ascendió al Monte Everest, liderando el equipo que realizó el primer ADN ambiental integral (eDNA) encuesta de biodiversidad allá. Esa investigación fue parte del 2019 National Geographic y Rolex Expedición Perpetua Planeta Everest, la expedición científica más completa jamás realizada en esa montaña.

Antes de que el trabajo de campo de Seimon la llevara al Monte Everest, viajó muchas veces a los Andes peruanos. Su enfoque es la cuenca hidrográfica Sibinacocha de la cordillera glaciarizada Cordillera Vilcanota. Durante casi 20 años, ha liderado una iniciativa que investiga los efectos del cambio climático y el hongo quítrido (Batrachochytrium dendrobatidis or Bd) sobre los anfibios que viven en ese hábitat.

¿Cuánto habló con Seimon por videoconferencia sobre sus viajes de investigación global. La entrevista ha sido condensada y editada para mayor claridad.

Háblame de tu laboratorio en el zoológico del Bronx.

Nuestro laboratorio es pequeño. La mayoría de los diagnósticos diarios que realizamos son pruebas de patógenos en los animales de nuestra colección en los cuatro zoológicos de WCS y el Acuario de Nueva York. También tenemos proyectos de investigación en los que estamos ayudando a desarrollar herramientas moleculares para la conservación, el tipo de herramientas para estudiar el ADN que literalmente puedes tirar en una mochila y llevar al campo. Por ejemplo, hemos desarrollado pruebas portátiles para el virus del moquillo canino y pruebas de eDNA para especies en peligro de extinción. Y capacitamos a investigadores de campo en muchos de los países donde trabajamos sobre cómo hacer esta prueba de ADN portátil.

¿Cómo te involucraste en la investigación del eDNA?

En 2015, nuestros colegas nos preguntaron si podíamos aplicar la tecnología para probar una especie rara y amenazada: la tortuga gigante de caparazón blando del Yangtze (rafetus swinhoei). Pasamos mucho tiempo yendo a nuestros estanques del zoológico del Bronx, recolectando agua, probando para ver qué especies había allí y viendo si podíamos hacer pruebas de eDNA.

Cuando empecé, casi parecía ciencia ficción. "¿En realidad? ¿Podemos detectar tantas especies solo en el agua?

¿Cómo te involucraste en el estudio de eDNA en el Monte Everest para la expedición Perpetual Planet?

Pablo Mayewski, un investigador del clima y glaciólogo de gran prestigio en la Universidad de Maine, estaba organizando una expedición científica al Monte Everest y me invitó. Me preguntó: "¿Por qué no juntas algunas ideas de lo que te gustaría hacer allí?" Mi pensamiento fue: "Si queremos descubrir qué es la vida en la mayor altitud, ¿podemos usar eDNA para evaluar la biodiversidad del Monte Everest?"

Nadie sabía mucho sobre la biodiversidad en ese momento porque es muy difícil trabajar en esas elevaciones altas. El aire es delgado. Te cansas muy rápido. Cuando azotan las tormentas, a veces tienes que usar un GPS para regresar a la tienda debido a las condiciones de desvanecimiento total.

Estaba interesado en ver si eDNA podría ser una forma mucho más fácil. Podríamos recolectar muestras de agua, filtrarlas en el sitio, llevar esos filtros con el ADN capturado al laboratorio y luego usar el ADN para evaluar qué hay allí.

Así que fuiste al Everest y recolectaste muestras de esa manera. Más tarde, ¿cómo analizó esas muestras de ADN?

Desglosamos los datos utilizando dos técnicas diferentes, secuenciación de escopeta de genoma completo y metabarcodificación. Luego usamos cuatro procesos bioinformáticos diferentes para analizar los datos y determinar qué organismos habíamos detectado.

Ahora que lo hemos hecho en el Everest, me encantaría volver y hacerlo en Perú.

¿Cuáles fueron sus conclusiones clave sobre el eDNA que recolectó en el Monte Everest?

Hay una increíble cantidad de biodiversidad allá arriba. Pudimos encontrar 187 órdenes taxonómicos de todo el árbol de la vida: virus, bacterias, hongos, plantas y animales. Casi una sexta parte de todos los órdenes taxonómicos conocidos se pueden encontrar en esta montaña por encima de los 4,500 metros. El terreno a esa altitud y más arriba representa solo el 3% de la masa terrestre global.

Con suerte, a medida que más personas recopilen datos de ADN, podremos volver a analizar las secuencias y reducir las identificaciones al nivel de género y especie. Algunos de los datos con los que ya pudimos hacer eso, lo cual fue genial. Por ejemplo, a partir del ADN en muestras de heces, encontramos la primera evidencia de que el gato de Pallas (Manual de otocolobus), una rara especie de felino salvaje, vive en el este de Nepal. Eso fue emocionante. Pero actualmente, hay muy pocas secuencias de referencia del Everest para comparar datos, y eso es lo que necesita para identificar algo.

¿Hubo otras limitaciones en el estudio?

Seguro. Nuestro estudio es solo una instantánea de la diversidad durante varias semanas en abril y mayo de 2019. Estábamos limitados a esa ventana porque la expedición de la que formábamos parte incluía proyectos que estaban vinculados a la temporada de escalada y cuando los sherpas podían montar el Cuerdas para subir y bajar personas de forma segura.

Nuestro muestreo también fue limitado porque el deshielo primaveral llegó muy tarde ese año. Según las imágenes satelitales de años anteriores, esperábamos que los lagos del Monte Everest estuvieran completamente descongelados cuando llegáramos allí, pero varios de ellos aún estaban congelados. Tuvimos que piratear el hielo para tomar muestras del agua debajo.

Si hubiéramos cambiado la colección un par de meses, ¿podríamos haber recolectado aún más ADN y la biodiversidad sería aún mayor? Quizás, pero no teníamos el lujo de esperar. Aún así, la cantidad de datos que sacamos de allí en ese momento es asombrosa.

Sería increíble ver cómo cambia el medio ambiente estacionalmente a lo largo de un año y luego volver cada cinco años para ver cómo cambia con el tiempo. Algunos de los organismos que identificamos sirven como especies indicadoras del cambio climático y otras tensiones ambientales.

¿Por qué es importante hacer bioensayos en lugares como el Himalaya? Estos ambientes extremos son una parte relativamente pequeña del mundo. ¿Por qué no es suficiente recolectar eDNA de lugares más accesibles?

Teníamos dos objetivos en mente para subir allí. Primero, queríamos responder preguntas como: ¿Qué es la vida a mayor altitud? ¿Qué especies viven allí arriba? ¿Qué organismos pueden tolerar lo que llamamos ambientes extremos?

Es importante saberlo solo desde una perspectiva biológica. Por ejemplo, algunos de los organismos que encontramos allí son tardígrados y rotíferos. Esos organismos pueden vivir prácticamente en cualquier lugar, incluidos entornos muy duros y extremos. Los tardígrados pueden incluso sobrevivir al vacío del espacio.

En segundo lugar, los entornos de alta montaña son lugares donde puede buscar cambios que ocurren a un ritmo mucho más rápido que el que ocurre más abajo. Típicamente, pequeñas perturbaciones de los ambientes extremos pueden forzar grandes cambios en los rangos o territorios que estos organismos pueden ocupar. Queríamos entender las consecuencias de esos cambios.

Un gran ejemplo es lo que hemos aprendido en las montañas de la Cordillera Vilcanota en el sur de Perú cerca del lago Sibinacocha. A través de estudios durante un par de décadas, descubrimos que los anfibios han estado expandiendo su área de distribución hacia terrenos recientemente desglaciados. Se han formado nuevos estanques detrás del retroceso de los glaciares. Eso abrió nuevos hábitats a los que la especie puede migrar y ocupar.

Pero no son sólo los anfibios. También estamos viendo insectos, plantas y otros organismos moviéndose hacia esas áreas de estanques. En las zonas montañosas, toda la biosfera está aumentando en respuesta al cambio climático, como lo hemos documentado en los Andes peruanos.

La pregunta también es: ¿Podemos medir qué tan rápido están ocurriendo estas ricas tasas de cambio? Estamos descubriendo que los anfibios se mueven mucho según la disponibilidad de hábitat. Cuando se forma un estanque, se mudarán a él, pero eventualmente ya no será alimentado por el glaciar. A medida que se seca, los anfibios se trasladan al siguiente estanque. Es un entorno muy dinámico, que cambia rápidamente.

El estudio Everest es una excelente manera de establecer datos de referencia para documentar estos cambios. Debido a que las especies de allá arriba viven en ambientes hostiles, son más propensas a alterar su comportamiento.

¿Es eDNA una herramienta tan útil en entornos menos extremos?

Nunca pienso en eDNA como la herramienta principal. El eDNA debe usarse en combinación con otras formas de monitoreo de la biodiversidad. Entonces podemos ver los datos de eDNA de manera más holística y en contexto.

Por ejemplo, recolecté muestras de heces e hicimos encuestas de encuentros visuales mientras estábamos en el Monte Everest. Encontramos huellas de leopardo de las nieves en la nieve recién caída, pero no obtuvimos leopardo de las nieves en nuestra muestra de eDNA. Eso fue algo que nos perdimos.

Lo que pasa con eDNA es que, aunque puede ser increíblemente informativo sobre mucho de lo que hay en un entorno, no puede descartar lo que no está en sus datos. Porque siempre estás limitado por la sensibilidad de tu detección.

Digamos que tomamos 20 muestras de agua de un lago, y solo una muestra da positivo para tortuga. Si hubiéramos tomado solo 10 muestras, podríamos haber perdido las tortugas allí. Entonces, con eDNA, sus interpretaciones de los datos siempre deben basarse en la estrategia de muestreo. Cuando aplica eDNA a algo como el biomonitoreo de cambios a lo largo del tiempo, es bueno conocer primero la ecología de su sistema y luego tener en cuenta todas las advertencias.

¿Cuáles son algunas de esas advertencias?

El hecho de que detecte ADN no significa necesariamente que lo esté recolectando de un organismo vivo. Podría ser de un organismo muerto que arroja eDNA. Si remueves el fondo de una masa de agua, tal vez estés removiendo ADN antiguo. Realmente tienes que pensar en las preguntas que quieres responder y si eDNA las va a responder.

También debe recordar qué tan rápido se degrada el eDNA, según la temperatura o las condiciones de luz ultravioleta. Muchas cosas pueden disminuir la vida media de su eDNA, y debe considerarlas todas cuando diseña un estudio. Puede ser bastante complicado.

Además de sus estudios de biodiversidad, también está utilizando eDNA para identificar especies en el comercio de vida silvestre.

Sí. Uno de nuestros proyectos fue desarrollar una prueba de ADN que pudiera identificar todas las especies de grandes felinos traficadas en el comercio ilegal de huesos. Todas las partes del tigre se utilizan en el comercio de vida silvestre. Queríamos desarrollar una prueba que permitiera una mejor preselección en los puntos de confiscación o puntos de entrada a los países. Una herramienta que sería muy fácil de usar, de modo que pudiera configurar un laboratorio portátil y examinar los huesos que podrían estar ingresando a través del equipaje o los paquetes de las personas. Algo que podría ver rápidamente si una muestra es de una especie de gato grande y, por lo tanto, podría regularse, de modo que luego podría enviarse para pruebas forenses de confirmación.

Se está probando una versión piloto en China y aquí en los EE. UU. La idea es usarla como una herramienta de detección que pueda ayudar a las fuerzas del orden público a tomar medidas enérgicas contra el comercio ilegal.

Dirigió una iniciativa de monitoreo a largo plazo en Perú que se enfoca en el hongo quitridio de los anfibios, que se considera que destruye muchas poblaciones de anfibios en todo el mundo. ¿Cómo afecta ese hongo a los anfibios?

El hongo ataca la piel de especies vulnerables. Una rana infectada luego desarrolla hiperqueratosis, un engrosamiento de la capa de queratina de la piel que inhibe la absorción de agua y oxígeno. Entonces sus electrolitos se desequilibran peligrosamente y se está desprendiendo de la piel. Las ranas finalmente sufren un paro cardíaco.

Puede ser devastador para ciertas especies, pero otras parecen ser mucho más resistentes. Hay muchas preguntas complejas sobre la patogenicidad de diferentes cepas de hongos. Es un campo grande.

Hemos estado estudiando qué ranas se están infectando con el hongo quitridio y luego, mientras lo enfrentan, cómo también se están adaptando a los efectos del clima cálido.

¿Qué has encontrado?

Hemos podido demostrar que a medida que las ranas avanzan hacia arriba y amplían su área de distribución, traen el hongo con ellas. Algunas de las ranas que encontramos cerca de la parte superior del paso, a una altura de 5,300 metros, han sido positivas para quitridio. Cuando los investigadores vamos al campo, tomamos muchas precauciones para rociar nuestras botas con alcohol para no propagar el hongo.

En los Andes, vimos la desaparición de una especie, la rana de agua jaspeada, Telmatobius marmoratus. Después de 2005, la población se derrumbó. No pudimos encontrarlos en ninguno de los sitios que muestreamos durante años. Pero para 2013, parecían estar regresando. Se están volviendo más resistentes al hongo. Existe la esperanza de que les vaya bastante bien a medida que continúan adaptándose al entorno que cambia rápidamente allí arriba.

¿Tienes un lugar favorito para hacer el trabajo de campo?

Mi favorito siempre será el lago Sibinacocha en Perú. Tienes flamencos volando sobre glaciares y colibríes andinos revoloteando a tu alrededor. Ranas y vicuñas. Es increíblemente hermoso e increíblemente biodiverso para un entorno de alta montaña.

¿Cómo descubriste dos nuevas especies de tarántulas?

Es sorprendente, lo sé, ¡porque soy aracnofóbico!

Mientras volteábamos rocas en Perú en busca de ranas, vi un pequeño vagabundo peludo que sobresalía de un agujero. Miré Bronwen Konecky, un entonces estudiante y colaborador con el que estaba trabajando, y dijo: "¿Puedes captar eso?" Ella hizo.

Tomamos muchas fotos y se las mostramos a un taxónomo experto en tarántulas que dijo: “Parece que tienes una nueva especie. ¿Alguna forma de recolectar algunos machos y hembras?

¿Qué pasó después?

Tengo que volver. Esa vez, era solo yo con un par de pinzas largas, metiendo la mano en los agujeros. Trataba de pescar las tarántulas con mucho cuidado y casi me desmayo por la sobrecarga de adrenalina.

Los especímenes más grandes, nuestro equipo de caballos ayudó a recolectar. Depositamos los nuevos especímenes en Lima y solicitamos que fueran enviados para evaluación taxonómica. Aproximadamente 10 años después, finalmente se analizaron y se publicaron los resultados. A veces lleva mucho tiempo, pero la ciencia sale a la luz.

¿Dónde espera realizar la próxima investigación? ¿Algún lugar soñado?

Me encantaría trabajar más en el Himalaya. Me encantan los entornos de alta montaña. Ponme en uno y soy feliz. Me encanta saltar de roca en roca, voltear cosas, buscar bichos. Lo que más me gusta hacer es voltear rocas y ver qué hay debajo de ellas.

En su tiempo libre, ha fotografiado y estudiado tormentas severas. Cuéntanos sobre eso.

Ese es mi pasatiempo. Mi esposo, Antón Seimon, es el líder científico de un equipo de investigación de tornados. Ha estado involucrado en la investigación de tornados durante tres décadas, y he estado persiguiendo tormentas con él desde que nos conocimos, es decir, durante 20 años.

Todos los años, entre mayo y junio, empacamos nuestra camioneta y nuestro perro de caza Chase, y salimos a las Grandes Llanuras para seguir tormentas severas. Por lo general, apuntamos a las tormentas en áreas donde es probable que haya muy poca destrucción, donde podemos obtener vistas ininterrumpidas de estas tormentas. Pero incluso si no vemos tormentas, estoy perfectamente feliz de fotografiar la vida silvestre y las flores silvestres. Sumergirme en la naturaleza, como cuando salgo al campo, es lo que más me gusta hacer.