0378-1844/02/03/118-10

Recibido: 13/08/2001. Modificado: 28/01/2002. Aceptado: 31/01/2002

ESPECIACIÓN VICARIANTE EN EL GÉNERO Gephyrocharax Eigenmann 1912 (PISCES: CHARACIDAE: GLANDULOCAUDINAE) DE VENEZUELA

Ana Bonilla-Rivero, Héctor López-Rojas y Antonio Machado-Allison

Palabras clave / Especiación / Morfología Cuantitativa / Isoenzimas / Biogeografía / Pisces /

Ana Bonilla-Rivero. Licenciada en Biología, Universidad Central de Venezuela (UCV). Doctor en Biología Mención Ecología, UCV. Docente-Investigador, Laboratorio de Genética y Morfología Evolutiva de Peces, Instituto de Zoología Tropical (IZT), Facultad de Ciencias, UCV. Dirección: Instituto de Zoología Tropical, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela. Apartado 47058 Los Chaguaramos, Caracas 1041-A. e-mail: abonilla@strix.ciens.ucv.ve

Héctor López-Rojas. Licenciado en Biología, UCV. Ph.D., Duke University, EEUU. Docente-Investigador, Laboratorio de Genética y Morfología Evolutiva de Peces, Instituto de Zoología Tropical (IZT), Facultad de Ciencias, UCV.

Antonio Machado-Allison. Licenciado en Biología, UCV. Ph.D., Duke University, EEUU. Docente-Investigador, Laboratorio de Biosistemática de Peces, Instituto de Zoología Tropical (IZT), Facultad de Ciencias, UCV.

Resumen

Se obtuvo información preliminar del género Gephyrocharax de Venezuela, para determinar sus patrones morfológicos y genéticos y establecer una posible hipótesis biogeográfica del grupo. Los eventos vicariantes asociados con el movimiento del Río Orinoco en dirección este y el levantamiento de la cordillera andina, la distribución actual de las especies de Gephyrocharax y los patrones genéticos y morfológicos obtenidos en este trabajo, que indican que G. melanocheir se diferencia claramente de las dos especies restantes, permiten adelantar la hipótesis de la distribución actual por el aislamiento de pequeñas poblaciones en Colombia y al noroeste de Venezuela (G. melanocheir actual), en el centro-occidente del país (G. venezuelae actual), mientras que en el curso principal permaneció la gran parte de la población ancestral (G. valencia actual).

Summary

To obtain preliminary information on the biogeography of Gephyrocharax species, the morphologic and genetic patterns of its Venezuelan representatives were identified. Evidence from vicariant events associated with the eastwardly progression of the Orinoco River to its present position and the Andes uplifting, the species’ actual distribution patterns, and the unique morphologic and genetic patterns of G. melanocheir, which differentiate it from the other two species, allow us to hypothesize that the current distribution of the three species was produced by the isolation of small populations in Colombia and northeastern Venezuela (present G. melanocheir), followed by the separation of the present G. venezuelae in central-western Venezuela. Most of the ancestral population remained in the main channel of the Orinoco River (present G. valencia).

Resumo

A informação preliminar foi obtida do gênero Gephyrocharax da Venezuela, para determinar seus padrões morfológicos e genéticos e estabelecer uma possível hipótese biogeográfica do grupo. Os eventos obtidos associados com o movimento do Rio Orinoco em direção Este e o levantamento da cordilheira andina, a distribuição atual das espécies de Gephyrocharax e os padrões genéticos e morfológicos resultantes neste trabalho, que indicam que G. melanocheir se diferencia claramente das duas espécies restantes, permitem adiantar a hipótese da distribuição atual pelo isolamento de pequenas populações na Colômbia e ao nordeste de Venezuela (G. melanocheir atual), no centro-ocidente do país (G. venezuelae atual), enquanto que no curso principal permaneceu a grande parte da população ancestral (G. valencia atual).

 

Las polémicas actuales acerca del origen de los patrones de diversidad que se observan en la naturaleza requiere, más allá de la simple descripción de la multiplicidad de los patrones observados, tratar de alcanzar un nuevo entendimiento acerca de las causas de la formación de nuevas especies (especiación), para tratar de encontrar evidencias que expliquen los procesos involucrados en la aparición y conservación de tales patrones. En este sentido se encuentran en la literatura dos perspectivas principales: la sistemática descriptiva, cuyo interés se centra en la descripción de los diferentes patrones (morfológico, genético, etológico, embriológico) observables actualmente en los grupos de organismos que ocupan diferentes ambientes y el punto de vista evolutivo, que otorga mayor importancia a los procesos que han dado origen a tales patrones de diversidad.

La mayoría de los autores concuerdan en una secuencia ordenada de eventos que definen la aparición de nuevas especies, la cual, en una forma abreviada, puede describirse de la manera siguiente: inicialmente un linaje parental se divide con la concurrente aparición de diferencias entre los linajes divergentes. Tales diferencias, que causan una reducción (o eventual supresión) del flujo genético entre los linajes, hacen que la separación de éstos se torne irreversible y eventualmente produzca una nueva identidad en cada linaje divergente.

La forma más aceptada de especiación ha sido el modelo alopátrico propuesto por Mayr (1963), donde la aparición de una barrera que promueva la separación espacial de los linajes divergentes es esencial para el proceso de diferenciación y aparición de nuevas especies. En el modelo alternativo de especiación simpátrica, propuesto por Bush (1969, 1975), entre otros, los individuos de una población que se desplacen a un nuevo hábitat (o a un nuevo huésped en el caso de especies parásitas), como consecuencia de una preferencia genéticamente establecida, pueden originar una nueva población genéticamente aislada, diferente de la población parental (Endler, 1977). En esta propuesta, la separación espacial de los nuevos linajes no es requisito para la eventual diferenciación y aparición de nuevas especies.

Desde una perspectiva muy general, los análisis de patrones morfológicos han estado tradicionalmente dirigidos a la asociación entre caracteres propios del fenotipo de individuos de poblaciones locales, en respuesta a variables ambientales (Lauder, 1981). Tales comparaciones morfométricas incluyen el método de las cerchas (box truss) para la comparación de hitos homólogos o landmarks (López-Rojas, 1982; Strauss y Bookstein, 1982; Bookstein et al., 1985; Machado-Allison et al., 1990; Machado-Allison y Fink, 1991; 1996); la utilización de video-digitalización de imágenes (Machado-Allison y Fink, 1991; Chernoff y Machado-Allison, 1999); la incorporación de aparatos como el diágrafo (López-Rojas, 1992) y los análisis estadísticos como el de componentes principales y la modificación propuesta por Humphries et al. (1981) para eliminar el efecto del tamaño en el análisis de las formas. Los ponentes de un enfoque estrictamente genético observan por el contrario que, a pesar de que se han reportado diferencias selectivas entre genotipos para loci que codifican diferentes proteínas, la mayoría de las diferencias encontradas son selectivamente neutras o a lo sumo, sujetas a fuerzas selectivas débiles. La diferenciación electroforética refleja, con mayor probabilidad, tasas de migración y deriva génica, más que adaptaciones locales (Leary y Booke, 1990).

La imprecisión que se halla en la literatura acerca de los factores que determinan la aparición de nuevas especies, es un reflejo de la dificultad para la determinación de las causas últimas de los patrones de diversidad que se observa en los diferentes ambientes. Ciertamente, la morfología determina en cierta medida el intervalo ecológico del fenotipo, pero al mismo tiempo puede limitar la distribución geográfica de las poblaciones, así como la coexistencia de poblaciones en comunidades locales (Ricklefs, 1987; 1988). Otro aspecto importante muchas veces olvidado en algunos análisis, es el papel que juegan características filogenéticamente conservativas de los organismos y que sólo pueden ser evidenciadas mediante análisis filogenéticos e históricos de grupos monofiléticos (Lundberg et al., 1986; Lauder y Liem, 1989). De esta manera, la aparición de una novedad evolutiva en una población local podría ser originada por un factor ambiental y luego ser moldeado por un factor selectivo o neutro.

De una manera general se postula que si los intervalos de distribución de los grupos considerados no exhiben superposición, se evidenciarían procesos de especiación alopátrica, mientras que superposiciones extensas apuntarían hacia la presencia de simpatría o parapatría. Las condiciones que promueven uno u otro tipo de especiación y el problema asociado de asignar un valor de jerarquía a cada uno de estos fenómenos en la explicación de los patrones de diversidad observados. Sin embargo, puede interpretarse en una forma más objetiva mediante el estudio de organismos cercanamente relacionados, con una clara comprensión de sus relaciones filogenéticas, su distribución geográfica y, más importante, las circunstancias geológicas bajo las cuales se han producido tales patrones de diversidad en los lugares donde existen las especies consideradas.

Con relación a los patrones de diversidad de los peces de aguas continentales de Venezuela, se tiene poco conocimiento sobre su distribución geográfica, utilización de hábitats e hipótesis resueltas de relaciones filogéneticas. Recientemente, en Venezuela se han iniciado estudios acerca de la distribución geográfica de las especies de peces de agua dulce principalmente de la región sur del país (Chernoff et al., 1991; Lasso et al., 1991; Schaefer y Provenzano, 1993; Provenzano et al., 1995; Lasso y Provenzano, 1997).

El género Gephyrocharax representa un ejemplo interesante para la realización de estudios de variación geográfica y especiación, ya que las especies que lo conforman se diferencian únicamente mediante patrones de coloración de las aletas y en algunas manchas corporales (Schultz, 1944; Dahl, 1971) y presentan un patrón de distribución geográfica muy particular. Dentro del género se reconocen actualmente 10 especies (Schultz, 1944), distribuidas desde Costa Rica hasta Ecuador, sobre la pendiente pacífica de los Andes y en las cuencas de los ríos Orinoco y Amazonas (Weitzman y Burns, 1995). En el patrón de distribución de las especies presentes en Venezuela, G. valencia, G. venezuelae y G. melanocheir, predomina la condición alopátrica, excepto por dos localidades en la región centro-occidental donde se encuentran G. valencia y G. venezuelae en simpatría.

Con base en las premisas anteriores, se establece como objetivo de este trabajo obtener información morfométrica y genética básica de las especies representativas del género Gephyrocharax (G. valencia, G. venezuelae y G. melanocheir; Characidae: Glangulocaudinae) en Venezuela, para tratar de determinar el nivel de diferenciación morfológica y genética que pueda existir entre ellas y, con la ayuda de la evidencia geológica disponible sobre la región, establecer una hipótesis biogeográfica que incorpore los posibles procesos evolutivos que han tenido lugar durante la historia de este grupo.

Materiales y Métodos

Morfometría

Para los análisis morfométricos se procesaron 81 ejemplares, 31 de ellos pertenecientes a G. valencia, 30 a G. venezuelae y 20 a G. melanocheir. En este estudio se utilizaron ejemplares colectados especialmente para este trabajo con chinchorros, así como material correspondiente a la Colección de Peces del Museo de Biología de la Universidad Central de Venezuela (MBUCV). Las localidades estudiadas para cada una de las especies fueron: G. valencia: Quebrada Mariara, Aragua (MBUCV-V-3029; 9 ejemplares); Boca del río, Lago de Valencia (MBUCV-V-3023; 1 ejemplar); Río San Diego (MBUCV-V-3051; 1 ejemplar); Río Cúpira, Cuenca del Lago de Valencia (material no catalogado; 20 ejemplares). G. venezuelae: Río Alpargatón (material no catalogado; 18 ejemplares); Río Urama, Cuenca del Caribe (material no catalogado; 12 ejemplares). G. melanocheir: Río Meachiche, Cuenca del Caribe (material no catalogado; 20 ejemplares).

Una vez fijados en formol al 10% y preservados posteriormente en alcohol al 70%, los ejemplares se procesaron siguiendo el método de las cerchas (Strauss y Bookstein, 1982), que consiste en la determinación de hitos o puntos homólogos en el entorno de la forma externa de los peces, tales que los mismos sean identificables y reproducibles en todos los ejemplares estudiados. Esta técnica proporciona información acerca de las variaciones en la forma no sólo en el plano longitudinal, sino también en el vertical. Para  las especies en estudio, la combinación de 11 puntos homólogos dió como resultado 23 medidas correspondientes al diseño de cerchas efectuado (Figura 1). El aporte de 10 medidas convencionales (Tabla I; x8, x23-x34) condujo a un total de 33 medidas morfométricas por cada ejemplar. Estas medidas fueron realizadas con un Vernier Helios de 0,05mm de apreciación.

El programa NewPC (versión 0.93) de Humphries y Swofford se utilizó para el análisis de componentes principales cizallados (Sheared Principal Component Analysis), con base en las medidas obtenidas mediante el método de las cerchas. Los valores de las distancias interpuntos homólogos se compararon empleando una matriz de covarianza de los logaritmos de los mismos. Para caracterizar la covariación interpuntos homólogos, se graficaron las cargas de las mismas en el espacio definido por CP 1, CP 2 y CP 3.

Electroforesis

Los ejemplares utilizados para los análisis genéticos fueron capturados en el Río San Diego, Cuenca del Lago de Valencia (G. valencia), Río Alpargatón, Cuenca del Caribe (G. venezuelae) y Río Meachiche, Cuenca del Caribe (G. melanocheir), e inmediatamente congelados completos en hielo seco para transportarlos al laboratorio donde fueron preservados a -80ºC hasta su procesamiento. Siguiendo el método de electroforesis en gel de almidón en un sistema horizontal, se procesaron muestras de músculo esquelético de la región dorsal de 20 ejemplares de cada una de las especies de Gephyrocharax, según indicaciones de Shaw y Prasad (1970) y Buth y Murphy (1990). Con los homogenados (Tris/EDTA pH:7,0) se ensayaron 12 sistemas enzimáticos: lactato deshidrogenasa (LDH, EC.1. 1.1.27), glucosa-6-fosfato isomerasa (GPI, E.C.5.3.1.9), fosfoglucomutasa (PGM, E.C. 5.4.2.2), malato deshidrogenasa (MDH, EC. 1.11.37), enzima málica (ME, E.C. 1.1.1. 40), isocitrato deshidrogenasa (IDH, E.C. 1.1.1.42), alcohol deshidrogenasa (ADH, E.C.1.1.1.1), glucosa deshidrogenasa (GDH, E.C.1.1.1.47), glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G6PDH, E.C. 1.1.1.49), fosfogluconato deshidrogenasa (PGDH, E.C.1.1. 1.44), esterasas generales (EST, E.C.3.1.1.) y superóxido dismutasa (SOD, E.C.1.15. 1.1), además de proteínas generales (GP). La nomenclatura de los sistemas enzimáticos sigue las normas propuestas por Shaklee et al. (1990) para estudios electroforéticos en peces. Para el revelado de estos sistemas enzimáticos se siguieron las indicaciones de Aebersold et al. (1987), Triest (1989) y Buth y Murphy (1990), con ligeras modificaciones. Para la nomenclatura de los loci presuntivos observados sobre cada gel, así como sus alelos correspondientes, se siguieron las indicaciones de Shaklee et al. (1990): los loci se enumeraron en forma consecutiva comenzando por el número 1, desde el más catódico hasta el más anódico; al alelo más común se le asignó el número 100 y al resto de los alelos el número correspondiente a la movilidad relativa con respecto al alelo *100; los genotipos se identifican con las iniciales de la enzima seguidas por un guión y el número del locus y finalmente la composición alélica separada por una barra (p. ej. GPI-1*100/100), todo esto en letras itálicas.

Una vez definidos los loci presuntivos se procedió a la identificación de los genotipos individuales para cada locus en las tres poblaciones de las especies en estudio, siguiendo las sugerencias de Richardson et al., 1986; Leary y Booke, 1990 y May, 1992, para la interpretación de zimogramas. Con los resultados obtenidos (genotipos individuales) se calcularon las frecuencias alélicas, la variabilidad genética intraespecífica mediante el porcentaje de polimorfismo (P) y heterocigosidad promedio (H), las desviaciones del equilibrio Hardy-Weinberg de cada locus para las poblaciones analizadas, la similaridad (I) y/o distancia genética (D) entre las tres especies, y la variabilidad genética interespecífica (FST), con la utilización del programa BIOSYS-1 versión 1.7 (Swofford y Selander, 1989).

Resultados

Morfometría

Las diferencias en la forma corporal de los individuos de diferentes especies, o de poblaciones de la misma especie, pueden ser analizadas mediante la comparación multivariada de las medidas (variables) interpuntos homólogos en las cerchas construidas sobre el perfil de los individuos, utilizando componentes principales. Adicionalmente, el cizallamiento de los componentes principales tiene el efecto de remover el efecto del tamaño de los ejemplares, de manera que se maximizan las diferencias de aquellas variables que contribuyen a la separación de los grupos por su forma, independiente del tamaño.

Como resultado del análisis de componentes principales de estas medidas interpuntos, el primer componente es congruente con un componente de tamaño; todos los coeficientes son positivos, con un intervalo muy parecido entre ellos. Las cargas de los restantes componentes examinados están representadas por valores positivos y negativos, lo cual evidencia componentes de forma.

El análisis morfométrico para cada una de las especies determinó que existe un bajo nivel de dimorfismo sexual en las poblaciones de G. valencia y G. venezuelae, en contraste con una clara diferenciación entre los machos y hembras de G. melanocheir. Las variables que contribuyen en mayor grado a las diferencias en esta última especie, están asociadas principalmente a la región del maxilar, a la distancia entre las aletas pectoral y pélvica y a la longitud del pedúnculo caudal (Figura 2).

El análisis interespecífico mostró que los cuatro primeros componentes explicaron el 92.8% de la varianza total en la muestra estudiada (Tabla II). G. valencia y G. venezuelae, presentaron formas corporales muy parecidas, mientras que G. melanocheir mostró una forma considerablemente distinta a las otras dos.

El espacio morfológico definido por los componentes II y IV (Figura 3), contrasta a G. melanocheir en la extrema derecha de la figura con G. venezuelae y G. valencia en la región izquierda de la misma. Los ejemplares de G. melanocheir presentaron un mayor desarrollo del hocico, la aleta pectoral en una posición más anterior y el pedúnculo caudal proporcionalmente más desarrollado que las otras dos especies.

La combinación de los componentes II y IV, y en menor medida del componente III (no representado en la Figura, ver Tabla II), separa a G. valencia de G. venezuelae, contrastando variables de la región de la cabeza y parte media del cuerpo, en adición al desarrollo del pedúnculo caudal. Es importante resaltar que existe una zona de superposición de algunos individuos de ambas especies, lo cual denota las formas corporales más parecidas entre ellas.

Electroforesis

Sistemas enzimáticos y loci presuntivos. Once de los sistemas protéicos ensayados, revelaron bandas lo suficientemente bien definidas como para establecer los patrones iso y aloenzimáticos para dieciocho loci presuntivos; únicamente los sistemas SOD y G6PDH no mostraron un revelado nítido como para identificar los loci presuntivos que los conforman. Las esterasas revelaron dos loci anódicos y heterócigos, con EST-1* bien definido para hígado y EST-2* para músculo (Figura 4A). Glucosa-6-fosfato isomerasa (GPI) mostró dos loci, con GPI-A* heterócigo y GPI-B* monomórfico (Figura 4B). Los sistemas isocitrato deshidrogenasa (IDH) y enzima málica (ME) revelaron un único locus monomórfico cada uno de ellos (Figuras 5A y B, respectivamente), mientras que la fosfoglucomutasa (PGM) presentó un único locus heterócigo (Figura 5C). Estos cinco sistemas revelaron siete loci presuntivos posiblemente diagnósticos para Gephyrocharax.

En los sistemas alcohol deshidrogenasa (ADH), glucosa deshidrogenasa (GDH) y fosfogluconato deshidrogenasa (PGDH) se reveló un único locus presuntivo para cada uno de ellos. En el caso de las proteínas generales (GP) se revelaron dos loci; la enzima lactato deshidrogenasa (LDH) mostró dos loci bien definidos, con una mayor actividad del locus LDH-A*, mientras que la malato deshidrogenasa (MDH) presentó cuatro loci con mayor actividad para el locus MDH-1*. Todos los loci presuntivos antes mencionados resultaron ser anódicos, monomórficos e iguales para las tres poblaciones de las especies de Gephyrocharax.

Para algunos sistemas, como por ejemplo las esterasas generales (EST), quedó de manifiesto que existe una expresión diferencial de las isoenzimas que los conforman según el tipo de tejido del cual proviene. Así, el locus EST-1* se revela mejor en hígado, mientras que EST-2* tiene su mayor actividad en la musculatura blanca; esta condición se presentó por igual para las tres especies de Gephyrocharax.

Frecuencias alélicas y variabilidad genética. En la Tabla III se detallan las frecuencias alélicas para los loci polimórficos revelados para las poblaciones estudiadas de Gephyrocharax (EST-1*, EST-2*, GPI-A*, GPI-B*, IDH*, ME* y PGM*), así como para los loci con alelos fijados. El cálculo del porcentaje de loci polimórficos (<0,990) reveló a las especies G. venezuelae y G. melanocheir con tres loci polimórficos cada una, coincidiendo en dos de ellos: EST-1* y PGM*. Igualmente, EST-1* es el único locus polimórfico para la especie G. valencia, de manera que este locus puede considerarse como el que contiene la mayor cantidad de variación para el grupo en estudio. Los mayores valores de h correspondieron a los loci GPI-A* en G. venezuelae, EST-1* en G. valencia y G. venezuelae y EST-2* en G. melanocheir. Los restantes 14 loci revelados (ADH*, GDH*, GP-1*, GP-2*, GPI-B*, IDH*, LDH-A*, LDH-B*, MDH-1*, MDH-2*, MDH-3*, MDH-4*, ME* y PGDH*) se presentan como monomórficos, pero en algunos casos con movilidades alélicas diferentes (GPI-B*, IDH* y ME*). Estos tres últimos loci, pueden representar loci diagnósticos entre las especies de Gephyrocharax, por las diferencias en movilidad que presentan sus alelos fijados.

Un resumen de los cálculos de H y P para las tres especies de Gephyrocharax se presentan en la Tabla IV. Los resultados indican que ambos valores para G. valencia son mucho menores que para G. venezuelae y G. melanocheir. Estas dos últimas especies poseen un nivel de polimorfismo exactamente igual y heterocigosidad promedio muy semejante, pero de origen diferente; de los tres loci variables de G. venezuelae, dos de ellos (EST-1* y GPI-A*) presentan valores muy cercanos a las frecuencias de los alelos que conforman cada locus, lo cual se traduce en altos valores de h y el otro locus (PGM*) presenta una frecuencia de 0,900 para el alelo más común, que significa un valor muy bajo de h. En cuanto a G. melanocheir, los tres loci variables (EST-1*, EST-2* y PGM*) muestran valores de frecuencias alélicas más equilibrados, lo que proporciona un valor moderado de h. Cuando se calcula H para cada especie, los valores se compensan y generan una heterocigosidad promedio muy similar.

El sistema enzimático de las esterasas generales se conoce por su alta variabilidad en peces (Koehn, 1969; Koehn et al., 1971; Avise y Selander, 1972; Kornfield y Koehn, 1975; McKay y Miller, 1991) y están consideradas como isoenzimas poco específicas que utilizan substratos originados en el ambiente externo; este tipo de enzimas se consideran más variables que las que usan metabolitos internos específicos como substratos (Johnson, 1973). El polimorfismo detectado en GPI también contribuye en grado significativo a la diferenciación entre las especies de Gephyrocharax, ya que ésta, como el resto de las isoenzimas que regulan el metabolismo de la glucosa, son sistemas fundamentales para el funcionamiento global de cada individuo. Johnson (1973) señala que "se espera que los cambios en loci cuyas enzimas regulan el flujo metabólico, produzcan alteraciones en la aptitud (fitness) mucho mayores que aquellos que afectan a las enzimas que no regulan ninguna vía metabólica". Los estudios del sistema GPI en peces óseos proveen fuerte evidencia a favor de un modelo de control genético por dos loci estructurales independientes, como resultado de una duplicación génica muy cercana a los orígenes de los teleósteos (Avise y Kitto, 1973). Inclusive, estos autores demostraron la condición ortóloga (homología en sistemática molecular) para los dos loci del sistema GPI (A y B). Cabe señalar que, además de la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, la condición de ortología ha sido demostrada sólo para tres sistemas más: creatina kinasa (CK; A, B, C y D), lactato deshidrogenasa (LDH; A y B) y malato deshidrogenasa (MDH; A y B citosólicas); el uso de letras mayúsculas para la identificación de los loci en los sistemas ortólogos permite su diferenciación de los parálogos, en los que la homología no ha sido demostrada (Shaklee et al., 1990).

Por otra parte, mediante el análisis de chi-cuadrado (X2), con base en los genotipos individuales, las frecuencias alélicas y las frecuencias genotípicas, se determinó la desviación del equilibrio Hardy-Weinberg para cada uno de los loci polimórficos encontrados. Únicamente los loci PGM* correspondientes a G. venezuelae y G. melanocheir se encuentran en equilibrio puesto que los valores calculados de X2 son menores que el valor teórico (tabla de X2, con 95% de confianza y un grado de libertad). Los loci EST-1*, EST-2* y GPI-A* presentan una desviación del equilibrio (X2 es mayor que el valor teórico), sugiriendo que, uno o varios procesos (selección, mutación, deriva génica al azar, migración) pueden estar afectando las frecuencias génicas y genotípicas de las poblaciones estudiadas. Complementando la información anterior, se determinó que todos los loci polimórficos mostraron una deficiencia de heterocigotos para las poblaciones analizadas, salvo el locus PGM* de G. venezuelae.

Coeficientes de similaridad y distancias genéticas. El estadístico FST, representa la medida estándar de divergencia en loci individuales entre poblaciones (Allendorf y Phelps, 1981); en estos datos se observa que el coeficiente FST promedio es relativamente elevado (0,696), con EST-2*, GPI-A*, GPI-B*, IDH* y ME* como los loci que mayormente contribuyen con la diferenciación entre las poblaciones de Gephyrocharax. Es importante resaltar que los dos primeros son loci polimórficos y su contribución a la variabilidad interespecífica es apreciable, pero los restantes son loci monomórficos fijados para cada una de las especies de Gephyrocharax, con un aporte máximo (1.000). Los datos electroforéticos convertidos en estimados fenéticos de diferenciación genética muestran que G. venezuelae y G. melanocheir son genéticamente muy cercanas y distanciadas de G. valencia. Estos resultados se representan en forma más clara en el fenograma de la Figura 6, realizado mediante un análisis de agrupamiento según algoritmo de UPGMA con los indicadores de Nei (1972; 1978).

Discusión

El estudio de los patrones morfológicos, genéticos y de distribución geográfica y su relación con los procesos que los originan, es una tarea difícil. Sin embargo, el enfoque integral de estos elementos dentro de grupos monofiléticos, provee información más precisa que permite generar hipótesis acerca de estas complejas relaciones. Un buen ejemplo para aplicar este tipo de enfoque multifactorial son las especies del género Gephyrocharax de Venezuela, en donde la caracterización morfológica basada en simples patrones de coloración muy particulares, la carencia de información genética sobre el grupo y un patrón de distribución geográfica predominantemente alopátrico, conforman un caso interesante para tratar de explicar las posibles causas que originaron la distribución actual de las especies del género.

El análisis de los datos morfométricos revela que cada una de las especies presenta patrones morfológicos particulares, según los cuales las especies G. valencia y G. venezuelae presentan mayor similitud en la forma corporal, con relación a G. melanocheir. Esta última muestra, inclusive, diferencias en la forma corporal de machos y hembras adultos. Lande (1980) señala que un fenotipo dado será el resultado de fuerzas preservadoras y mecanismos que promueven las variaciones, proponiendo que la heterosis, la homeostasis genética y el flujo génico actúan como las principales fuerzas que tienden a preservar la uniformidad fenotípica. Estas fuerzas se contraponen con el efecto fundador, la deriva genética y las mutaciones. Así mismo, este autor discute que el flujo génico y la homeostasis genética confieren cohesión a una población central grande, pero que en pequeñas poblaciones periféricas aisladas, el mecanismo conocido como efecto fundador reduciría drásticamente la variabilidad genética, lo cual podría favorecer o inducir los cambios morfológicos. Este probablemente sea el mecanismo modelador de un patrón morfológico distinto en G. melanocheir, cuyas poblaciones, a diferencia de las otras dos especies que tienen poblaciones simpátricas, presentan un marcado aislamiento geográfico.

Los patrones genéticos indican una diferenciación entre las tres especies estudiadas, según el estadístico FST. Si se detallan los resultados obtenidos en cuanto a la similaridad genética según Nei (1972), se observa que las especies genéticamente menos parecidas, G. valencia y G. melanocheir, presentan un valor de identidad alto (I = 0,721), es decir, que comparten el 72,1% de los alelos analizados. Por su parte G. venezuelae y G. melanocheir comparten el 87,5% de los alelos, y G. valencia y G. venezuelae tienen un 80,5% de alelos en común. El análisis de las frecuencias alélicas de los loci polimórficos y de los monomórficos fijados, indica que: 1) G. melanocheir posee un alelo para EST-1* (*105) que no aparece en G. valencia ni G. venezuelae; 2) aunque las tres especies poseen frecuencias diferentes del alelo más común (*100) en el locus PGM*, G. valencia y G. venezuelae muestran los valores de frecuencia más parecidos; 3) Para GPI-A*, el único alelo existente en G. melanocheir (*-100), no está presente en G. valencia ni G. venezuelae; 4) El locus IDH* de G. venezuelae y G. valencia presenta un alelo *100 fijado, mientras que el alelo fijado para G. melanocheir es el *98; y 5) Para los loci ME y GPI-B*, G. venezuelae y G. melanocheir muestran un único alelo (*100), mientras que G. valencia presenta un alelo *98 fijado. Estos resultados indican que G. melanocheir y G. valencia se diferencian claramente una de la otra, mientras que G. venezuelae presenta elementos génicos en común con las dos especies anteriores.

Las tres especies del género muestran patrones de distribución muy interesantes según se observa en la Figura 7. La especie G. melanocheir presenta un patrón disyunto muy particular, con representantes en la cuenca del río Magdalena de Colombia (Schultz, 1944; Dahl, 1971), en el noreste de la cuenca del Lago de Maracaibo en el Zulia (Taphorn y Lilyestrom, 1984) y en la Sierra de San Luis en Falcón (colecciones en este trabajo), para Venezuela. Por su parte, G. venezuelae se distribuye principalmente en el suroeste y sureste de la cuenca del Lago de Maracaibo (Schultz, 1944; Galvis et al., 1997), aunque también ha sido reportada para la región oriental del Estado Falcón (Cueva del Indio, Cerro de Chichiriviche; López-Rojas et al., 1996) y en algunos ríos de la Vertiente del Caribe pertenecientes a Carabobo y Falcón (Bonilla y López-Rojas, 1997). Al igual que en el caso anterior, esta distribución corresponde a un patrón disyunto de variación geográfica (sensu Endler, 1977), en el cual una o más poblaciones están aisladas geográficamente del resto del taxón. La especie restante, G. valencia, presenta una amplia distribución (Eigenmann, 1920; Schultz, 1944; Mago-Leccia, 1970; Taphorn, 1992) siendo muy común en las cuencas de los ríos Orinoco, Cuyuní, los de la vertiente del Caribe y los de la cuenca del Lago de Valencia, lo cual implica un patrón de distribución geográfico mucho más continuo que los de las dos especies anteriores. Un punto a resaltar en estas distribuciones es la condición de alopatría predominante que presentan estas tres especies, según se desprende de los muestreos realizados en el presente estudio, ya que solamente en el Río Alpargatón en la cuenca del Río Urama (vertiente del Caribe) se han encontrado en simpatría las especies G. venezuelae y G. valencia.

La distribución geográfica actual de las especies de Gephyrocharax estudiadas, es consistente con una sucesión de eventos vicariantes asociados con el movimiento de la desembocadura del Río Orinoco desde el noroeste del país (actual Lago de Maracaibo) hace aproximadamente 38 millones de años (Eoceno) hacia el este en su localización actual (Rod, 1981; Díaz de Gamero, 1996), seguido por el levantamiento de la Cordillera de Los Andes venezolanos. El movimiento oeste-este del sistema del Orinoco, paralelamente con el Amazonas, se asocia en el tiempo con una diversificación faunística en toda la región (Lundberg et al., 1998).

Los eventos vicariantes antes mencionados posiblemente causaron el fraccionamiento de la población ancestral que originaron las especies que hoy en día conforman el género Gephyrocharax. Se plantea entonces que la población ancestral se encontraba ampliamente distribuida en el proto-Orinoco (o proto-Magdalena) y debido al levantamiento de la Cordillera Oriental de Colombia y el sur de los andes merideños al final del Mioceno medio (16,2-11 m.a.), se produjo el aislamiento de sub-poblaciones en diferentes localidades del centro y noreste de Colombia y noroeste de Venezuela (actual G. melanocheir). Seguidamente, el desplazamiento del proto-Orinoco hacia el este, desde lo que hoy en día es el Lago de Maracaibo, hacia el este del Estado Falcón, durante el Mioceno tardío (11-5 m.a.), dejaría subpoblaciones remanentes en toda la región del sur del Lago de Maracaibo y en la brecha entre la sierra falconiana y la Cordillera de la Costa (actual G. venezuelae), conocida también como la depresión de Chivacoa. Finalmente, al tomar el Orinoco su curso actual (hace aproximadamente 5 m.a.), en el canal principal se mantuvo la mayoría de la población ancestral, la cual se extendió por gran parte del territorio nacional (actual G. valencia).

Esta hipótesis biogeográfica, que incorpora elementos morfológicos, genéticos y geográficos, concuerda con los lineamientos del modelo de especiación alopátrica por efecto fundador propuesto por Bush (1975), en el cual las poblaciones están usualmente adaptadas a cierto nivel de endogamia y a selección por homocigosidad. En las poblaciones estudiadas, estas características se reflejan en la deficiencia de heterocigotos (D) y en el elevado índice de fijación (F) observados para las especies G. melanocheir y G. venezuelae. La deficiencia de heterocigotos en G. valencia también es elevada en el único locus heterócigo revelado. Este último resultado no es absolutamente concordante con el modelo de Bush, ya que se esperaría que en poblaciones grandes ampliamente distribuidas, el nivel de heterocigosidad promedio sea elevado. En este sentido, es importante resaltar que la población de G. valencia estudiada pertenece a los ríos de la cuenca del Lago de Valencia, que tiene la peculiaridad de ser de tipo endorréica, lo cual puede conferirle características genéticas similares a la de poblaciones pequeñas aisladas propuestas en el modelo de especiación alopátrica vicariante.

La relación entre variación genética y su expresión morfológica es muy compleja y representa actualmente un punto controversial, debido a la variedad de patrones que se obtienen al realizar estudios que combinen aspectos del fenotipo y el genotipo. Es muy común encontrar en la literatura ejemplos en los que determinadas especies o grupos de ellas presentan una alta variabilidad morfológica, pero que resultan ser genéticamente indistinguibles; los casos contrarios también han sido ampliamente reportados (Turner, 1974; Mickevich y Johnson, 1976; Gorman y Kim, 1977; Nixon y Taylor, 1977; Larson et al., 1981; Shaklee y Tamaru, 1981; Stepien y Rosenblatt, 1991; Strauss, 1991; Kartavtsev, 1992). La información anterior sugiere que los loci que codifican para las proteínas metabólicas evolucionan a tasas diferentes de aquellos que determinan las características morfológicas (Allendorf y Utter, 1979), lo cual destaca la necesidad de combinar análisis genéticos y morfológicos en estudios de especiación.

En el caso que nos ocupa, una idea más clara acerca de la validez del componente genético o morfológico en la explicación de los patrones biogeográficos observados, necesitará de la ampliación de este estudio a poblaciones de otras cuencas, posiblemente más representativas como sería el caso de G. valencia para la cuenca del Orinoco, y un análisis más detallado de las especies que se encuentran en simpatría.

Conclusiones

Los análisis morfométricos intraespecíficos mostraron que únicamente existe segregación morfológica completa entre machos y hembras de G. melanocheir. El análisis interespecífico reveló una mayor similitud entre G. valencia y G. venezuelae, que ambas con respecto a G. melanocheir. Las variables que mayormente contribuyen con la variabilidad de la forma corporal detectada entre las tres especies de Gephyrocharax, correspondieron a las distancias hocico -istmo e istmo- origen aleta pectoral y a las distancias asociadas con la longitud del pedúnculo caudal.

En el aspecto genético, para estas poblaciones se identificaron 11 loci monomórficos e idénticos para las tres especies, 4 polimórficos y 3 loci fijados para diferentes alelos. G. venezuelae y G. melanocheir resultaron ser más variables que G. valencia, presentando esta última el menor valor de heterocigosidad promedio (H), con un solo locus polimórfico, contra tres loci en las otras dos especies. Este nivel de variabilidad está condicionado principalmente por el polimorfismo detectado en los loci EST-1*, EST-2* y GPI-A* y en los alelos diferencialmente fijados para los loci GPI-B*, IDH* y ME*; el locus PGM*, aunque polimórfico, contribuye en baja medida a la variabilidad observada. Los patrones genéticos indican una diferenciación entre las tres especies estudiadas, según el estadístico FST. A este respecto, G. melanocheir y G. valencia se diferencian claramente una de la otra, mientras que G. venezuelae presenta elementos génicos en común con las dos especies anteriores.

Los patrones genéticos y morfológicos y la distribución de las especies de Gephyrocharax, son consistentes con una sucesión de eventos vicariantes que pudieron haber causado el aislamiento de pequeños grupos poblacionales al oeste de Venezuela (G. venezuelae y G. melanocheir actuales). La mayor parte de la población ancestral permaneció en el curso principal del Orinoco, extendiéndose por gran parte del territorio nacional (G. valencia actual). Estos eventos pueden asociarse con el movimiento de la desembocadura del Río Orinoco desde el noroeste del país hacia el este hace 38-5 millones de años, seguido por el levantamiento de la Cordillera de Los Andes hace aproximadamente 11 millones de años.

Una idea más clara acerca de la hipótesis biogeográfica planteada requerirá de la ampliación de este estudio a poblaciones de otras cuencas.

AGRADECIMIENTOS

Este estudio fue cofinanciado por los proyectos CONICIT S1-95000515, 03-31-3451-95 (I Etapa) y CDCH 03-31-3451-99 (II Etapa).

Figura 1. Esquema representativo de la aplicación del método de las cerchas para Gephyrocharax, indicando la localización de los hitos o puntos homólogos (1-11) sobre el contorno del pez. Se indican además el final del maxilar (12), el final del opérculo (13) y el diámetro del ojo (14).

Figura 2. Morfoespacio definido por los componentes II y III para G. melanocheir.

Figura 3. Morfoespacio definido por los componentes II y IV para las tres especies de Gephyrocharax.

Figura 4. Esquemas de los electromorfos observados para los sistemas (A) EST y (B) GPI, en las tres especies de Gephyrocharax estudiadas. Se indican los genotipos y su frecuencia observada.

Figura 5. Esquemas de los electromorfos observados para los sistemas (A) IDH, (B) ME y (C) PGM, en las tres especies de Gephyrocharax estudiadas. Se indican los genotipos y su frecuencia observada.

Figura 6. Análisis de agrupamiento utilizando el algoritmo UPGMA para determinar distancia genética, D, según Nei (1978) para las tres especies de Gephyrocharax estudiadas.

Figura 7. Mapa de distribución de las tres especies del género Gephyrocharax de Venezuela. Se incluyen las localidades donde se colectó en este trabajo, así como datos de las colecciones de peces del Museo de Biología de la UCV, Universidad del Zulia y UNELLEZ, y de las referencias bibliográficas citadas en el texto. 1: G. valencia; 2: G. venezuelae; y 3: G. melanocheir.tabla1,2,3,4

 

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