Evaluación de la estructura genética poblacional de Sphyrna lewini para la identificación de unidades de conservación en el Pacífico mexicano

 

Assessment of the population genetic structure of Sphyrna lewini to identify conservation units in the Mexican Pacific

 

E Castillo-Olguín*, M Uribe-Alcocer, P Díaz-Jaimes

 

Laboratorio de Genética de Organismos Acuáticos, Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Circuito Exterior, Ciudad Universitaria, Insurgentes Sur 3000, Coyoacán, México DF, CP 04510, México. * Corresponding autor. E-mail: ecoita12@yahoo.com.mx

 

Received January 2012,
received in revisedform August 2012,
accepted August 2012.

 

RESUMEN

Debido a la situación actual del tiburón martillo (Sphyrna lewini) como especie amenazada, la evaluación de los niveles de diversidad y divergencia genética, así como de los parámetros demográficos de las poblaciones en el océano Pacifico Oriental, puede ayudar a contribuir a delinear estrategias adecuadas para la pesca sostenible y la conservación de la especie. Se analizaron muestras del periodo 2001-2003 obtenidas de siete localidades en el océano Pacífico mexicano y dos en el sur del golfo de México, mediante la metodología de conformación polimórfica de cadena sencilla de un fragmento de la región control del ADN mitocondrial y el análisis de cinco loci de microsatélites. Los datos mitocondriales no presentaron divergencia entre las localidades del Pacífico mexicano; sin embargo, los datos de microsatélites mostraron una notable divergencia genética de la población de Baja California (BC) con respecto al resto de las localidades analizadas. Similarmente, se encontraron diferencias significativas entre las localidades del norte y centro del Pacifico mexicano. El análisis de la demografía histórica reveló la incidencia de eventos de expansión espacial de las poblaciones, posiblemente relacionados con los ciclos glaciales-interglaciales ocurridos hace aproximadamente 450,000 años. La divergencia encontrada debe ser considerada en la formulación de políticas de gestión de pesca y de conservación de la especie en la región.

Palabras clave: Sphyrna lewini, estructura genética, ADNmt, microsatélites.

 

ABSTRACT

Due to the current status of the scalloped hammerhead shark (Sphyrna lewini) as a threatened species, the asseS_SMent of genetic diversity, divergence, and demographic parameters of populations in the eastern Pacific Ocean may assist in developing appropriate strategies for sustainable fisheries and species conservation. We analyzed samples collected from 2001 to 2003 from seven locations in the Mexican Pacific Ocean and two in the southwestern Gulf of Mexico, using single-stranded conformation polymorphism of a mitochondrial control region fragment and five microsatellite loci. The mitochondrial data did not show population divergence among locations from the Mexican Pacific Ocean; however, the microsatellite data showed a divergent population in Baja California. Additional differences were also observed between the northern and central locations of the Mexican Pacific. The historical demography analysis revealed spatial expansion events, possibly related to glacial-interglacial cycles that occurred approximately 450,000 years ago. The divergence found should be considered in the formulation of fisheries management and conservation policies of the species in the region.

Key words: Sphyrna lewini, genetic structure, mtDNA, microsatellites.

 

Introducción

La evaluación de la estructura genética en las poblaciones explotadas es una herramienta valiosa para definir estrategias de manejo pesquero (Carvalho y Hauser 1994). Ward (2000) afirma que la explotación de los recursos marinos puede tener un alto impacto en la diversidad genética de las poblaciones, al modificar la estructura y dinámica poblacional general y reducir la fecundidad y, en consecuencia, el tamaño poblacional. Los tiburones se encuentran entre los 15 principales recursos pesqueros marinos de importancia mundial, con capturas que llegan a 736,491 t por año (FAO 2009). El tiburón martillo Sphyrna lewini representa el 31% de la captura total de tiburones en el océano Pacífico mexicano y el 10% de la captura en el golfo de México (SAGARPA 2001). En 1999 la Organización para la Alimentación y la Agricultura de las Naciones Unidas (FAO) consideró a S. lewini como una especie con alto potencial de explotación por su abundancia; sin embargo, la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (IUCN) la incluyó en la lista de especies amenazadas (A2bd +4bd) en 2010, lo que implica que las estrategias de manejo no han sido las más apropiadas.

Estudios recientes de S. lewini han evaluado los niveles de divergencia poblacional y flujo génico, los tamaños poblacionales y los procesos demográficos en diferentes regiones del mundo. Duncan et al. (2006) realizaron un estudio sobre la filogeografía global de S. lewini usando secuencias de la región control del ADN mitocondrial (ADNmt). El estudio no reveló diferencias genéticas entre una muestra única del norte del océano Pacífico mexicano y una muestra recogida frente a la costa de Panamá. Nance et al. (2011) estudiaron los patrones de los procesos demográficos históricos y de la estructura poblacional de S. lewini en el Pacífico oriental. El estudio mostró diferencias significativas entre dos localidades del Pacífico mexicano y una procedente de Ecuador, destacando una reciente reducción de los tamaños poblacionales en ambas áreas que se caracterizaron por un fuerte impacto sobre las poblaciones de pesquería comercial.

S. lewini es considerada una especie semioceánica que muestra gran afinidad por regiones costeras e islas (Klimley y Butler 1988). En el Pacífico central oriental se han identificado regiones de alumbramiento y crianza de S. lewini. Un gran número de neonatos y juveniles han sido observados en la boca del golfo de California (Salomón-Aguilar et al. 2009) y en el golfo de Tehuantepec, en la región sur del Pacífico mexicano, donde se ha identificado una zona de alumbramiento de S. lewini (Alejo-Plata et al. 2006a, 2006b). No obstante, la divergencia poblacional de S. lewini no ha sido evaluada en dichas zonas.

El análisis de la estructura genética poblacional que emplea marcadores con diferentes historias evolutivas puede recuperar señales de divergencia a escala tanto histórica como contemporánea, las cuales son necesarias para entender el nivel de estructura genética y flujo génico, así como para realizar estimaciones del tamaño de las poblaciones desde una perspectiva evolutiva. El uso de marcadores nucleares y mitocondriales puede dar información primaria sobre las poblaciones de S. lewini en el Pacífico central oriental y contribuir al diseño de estrategias de conservación para lograr la sustentabilidad pesquera de la especie. Por esta razón, los niveles de diversidad genética de diferentes localidades del Pacífico mexicano fueron evaluados usando datos de conformaciones polimórficas de cadena sencilla (SSCP, por sus siglas en inglés) de la región control del ADNmt y de micro-satélites. Este análisis también permitió evaluar la estructura genética poblacional de S. lewini y comparar si el grado de divergencia poblacional estimado en el Pacífico mexicano y el golfo de México coincide con los documentados en estudios previos (Duncan et al. 2006).

 

Materiales y métodos

Colección de muestras, aislamiento de ADN y análisis de ADN

Se analizaron 176 muestras de tejido muscular de individuos juveniles de S. lewini de 60 a 130 cm de longitud total. Las muestras fueron recolectadas de 2001 a 2003 en siete localidades del océano Pacífico mexicano, correspondientes a las áreas de mayor pesca de esta especie (fig. 1). De la misma forma se recolectaron muestras del golfo de México para comparar los niveles de divergencia encontrados con la divergencia registrada en estudios previos (Duncan et al. 2006). Las muestras de tejido muscular fresco fueron preservadas en amortiguador DMSO saturado con NaCl o en alcohol al 70%. El aislamiento de ADN genómico se realizó utilizando el kit de purificación Wizard Genomic DNA (Promega Biosciences).

Se amplificaron fragmentos de 1000 pb de la región control del ADNmt de 149 individuos usando iniciadores universales (Stoner et al. 2003). Las reacciones en cadena de la polimerasa (PCR) se llevaron a cabo en un volumen final de 15 μL, que contenía ~10 ng μL^-1 de ADN, amortiguador de amplificación (10 μM de Tris-HCl, 25 mM de KCl, pH 8.3), 3 μM de MgCl₂, 30 μM de cada iniciador, 200 μM de dNTPs y 0.5 U de Taq ADN polimerasa (Invitrogen). Las condiciones de PCR consistieron en un ciclo inicial de 1 min a 94 °C, seguido de 35 ciclos de 1 min a 94 °C, 1 min a 56.5 °C y 1 min a 65 °C, y un periodo final de extensión de 3 min a 72 °C. Los fragmentos amplificados fueron analizados mediante la metodología de SSCP (Orita et al. 1989), con la cual se han separado exitosamente fragmentos de 400 a 1000 pb sin reducir el nivel de resolución (Kukita et al. 1997, Hayashi 1999). Los Productos de PCR fueron mezclados con formamida en una proporción de 1:1. La mezcla fue desnaturalizada a 95 °C durante 5 min e inmediatamente colocada en hielo para la obtención de los SSCP. Un control no desnaturalizado fue incluido en cada corrimiento de electroforesis para verificar la formación de estructuras secundarias, las cuales fueron separadas usando un gel de poliacrilamida no desnaturalizante al 8%. Los fragmentos fueron separados mediante una electroforesis vertical en un equipo de secuenciación a 380V durante 24 h a 4 °C. Los geles fueron teñidos con nitrato de plata (Creste et al. 2001). Dos muestras de cada haplotipo identificado mediante análisis de SSCP fueron purificadas usando el kit de purificación QIAquick (Qiagen) y secuenciadas en ambos sentidos por la compañía Macrogen Inc. (Korea del Sur), que empleó el equipo de análisis ABI 3730xl (Applied Biosystems). Para el análisis de datos, estas secuencias fueron asignadas a todas las muestras que mostraron el mismo haplotipo.

Se obtuvieron datos de microsatélites de 176 individuos usando un grupo de cinco loci de microsatélites (Cli-12, Cli-13, Cli-106, Cli-112 y Cli-119) diseñados para estudios de otras especies de tiburones (Keeney y Heist 2003). Las amplificaciones se llevaron a cabo de acuerdo con la descripción previa con algunas modificaciones en la temperatura de alineamiento para Cli-12, Cli-112 y Cli-119 (58 °C), Cli-13 (49 °C) y Cli-106 (47 °C). Los microsatélites fueron separados en un gel desnaturalizante de acrilamida durante 1 h 30 min a 1000 V. Los geles fueron teñidos con nitrato de plata (Creste et al. 2001).

Análisis de datos

Las secuencias fueron alineadas usando Bio-Edit 7.0 (Hall 2004) y ajustadas manualmente. La diversidad haplotípica, diversidad nucleotídica, así como el numero promedio de diferencias (θK) fueron calculados usando ARLEQUIN 3.1 (Excoffier et al. 2005). El programa ARLEQUIN también fue usado para obtener la estimación de la prueba de neutralidad de frecuencias haplotípicas de Tajima (D).

El programa MICRO-CHEKER 2.2.1 (Van Oosterhout et al. 2004) fue usado con datos provenientes de microsatélites para identificar errores potenciales de genotipificación (presencia de alelos nulos, dominancia de alelos de pequeño tamaño y errores por amplificación [stuttering]) empleando 10,000 aleatorizaciones. El programa GENEPOP 4.0 (Rousset 2008) fue usado para realizar una prueba exacta de probabilidad, a fin de determinar si existía desequilibrio por ligamiento en los loci de microsatélites y para evaluar el ajuste de las frecuencias genotípicas a la distribución de Hardy-Weinberg (H-W) (Guo y Thompson 1992). La corrección de Bonferroni se aplicó a todos los análisis estadísticos que involucraron comparaciones múltiples para ajustar el nivel a (Rice 1989). La estimación global de diversidad por locus (H_T) y los valores de riqueza alélicas (R_S), por locus y muestra, fueron estimados mediante FSTAT 2.9.3 (Goudet 2001). Las relaciones genealógicas de los haplotipos del ADNmt se realizaron con el programa MEGA 3.1 (Kumar et al. 2004) usando el método de distancias. Para la comparación de nuestros resultados con el análisis de ADNmt de estudios previos, se agregaron tres secuencias de los haplotipos correspondientes a regiones analizadas por Duncan et al. (2006), y como grupo externo para el análisis, se empleó la secuencia de Chiloscyllium plagiosum, especie representativa del mismo orden pero de diferente suborden al de S. lewini.

El programa ARLEQUIN se utilizó para realizar un análisis de varianza molecular jerárquico (AMOVA), a fin de comparar la diversidad genética entre las muestras de las regiones del Pacífico mexicano analizadas. Estas muestras fueron separadas con base en las áreas de alimentación y alumbramiento de la especie. El primer subgrupo, denominado grupo norte, incluyó las muestras de las localidades de Baja California (BC) y Baja California Sur (BCS); el segundo subgrupo, denominado grupo central, incluyó las localidades de Sinaloa (SIN), Nayarit (NAY) y Michoacán (MICH); y el tercer subgrupo, denominado grupo sur, incluyó las localidades de Oaxaca (OAX) y Chiapas (CHIP) ubicadas en el golfo de Tehuantepec (fig. 1). Estas tres regiones fueron usadas para el análisis de datos de ADNmt y microsatélites, con la salvedad de que para los datos de los microsatélites se utilizó una jerarquización diferente, donde el subgrupo norte fue conformado solo por BC; el grupo central por BCS, SIN, NAY y MICH; y el grupo sur por OAX y CHIP. Los valores de divergencia estimados como Φ_ST, F_ST y R_ST fueron obtenidos a partir de ambos marcadores para comparar pares de poblaciones y áreas. El programa STRUCTURE 2.3.3 (Pritchard et al. 2000, Falush et al. 2003) se usó para evaluar la estructura poblacional y establecer la asignación de cada individuo a un deme genético. Para esto, se usó el modelo de correlación de frecuencias alélicas. Se identificaron entre 1 y 10 poblaciones (K) con 30 iteraciones. Cada evaluación se realizó con 70,000 replicas de calentamiento (burnin) y la aplicación de 70,000 MCMC. El valor de K real fue determinado usando la prueba estadística propuesta por Evanno et al. (2005).

Los parámetros de demografía histórica θ₀, θ₁ y τ, así como los parámetros de expansión espacial τ_e, θ_N y M, se estimaron mediante ARLEQUIN. La estimación de θ es el producto de 2μN₀ y 2μN₁ (donde μ es igual a la tasa mutacional y N es el tamaño efectivo poblacional de hembras en el tiempo 0 antes de la expansión y 1 después de la expansión). Adicionalmente, τ es una medida relativa del tiempo desde la expansión poblacional, pero también puede ser utilizada para estimar el tiempo transcurrido desde la expansión (T) mediante la fórmula T = τ/2μ (donde μ es igual a la tasa mutacional). Para la expansión espacial, τ_e = 2μT_e y T_e son los tiempos de crecimiento espacial dado el tiempo generacional, θ_N es 2Nμ , el tamaño efectivo poblacional de hembras en equilibrio demográfico, y M = 2Nm es la escala del tiempo de migración, donde N es el tamaño efectivo poblacional de hembras y m es la tasa a la que una muestra podría intercambiar migrantes con una población de tamaño infinito después de T generaciones. La expansión demográfica también fue evaluada mediante el análisis de distribución de diferencias nucleotídicas entre pares de secuencias (mismatches). El ajuste de este análisis se realizó bajo un modelo de expansión y se puso a prueba a través del índice de Harpending (raggedness) y la desviación de la suma de los cuadrados (SSD). Con el fin de explorar las tendencias demográficas a través del tiempo, se obtuvieron las estimaciones de tamaño poblacional (skyline plots) mediante la aproximación bayesiana implementada en el programa BEAST 1.7.1 (Drummond y Rambaut 2007). El programa MIGRATE 3.1.2 (Beerli 2002) se usó para estimar los tamaños efectivos poblacionales y el flujo génico entre las muestras. Los análisis se llevaron a cabo mediante la estimación de Θ, que es igual a 4Neμ, dado que Ne = Θ/4μ; Ne corresponde al tamaño efectivo poblacional y μ es la tasa mutacional, siendo esta última del 8 x 10^-3 por locus por generación si se trata de datos de ADNmt (Duncan et al. 2006) y de 10^-4 - 10^-2 si se trata de datos de microsatélites (Weber y Wong 1993, Tripp-Valdez et al. 2010). Los valores fueron estimados por inferencia bayesiana, usando el modelo de evolución de secuencias para datos mitocondriales y el modelo aleatorio browniano con una tasa mutacional constante para microsatélites. Cinco corrimientos con tres réplicas por cadena y 10,000 genealogías de burn-in fueron empleados para verificar la consistencia de los resultados, y se presenta el promedio de estos cinco corrimientos.

El programa POWSIM 4 (Ryman y Palm 2006) fue usado para evaluar el poder estadístico de los datos usando la prueba exacta de Fisher y la prueba de X², empleando una simulación con 500 réplicas. Finalmente, se usó el programa PCAGEN 1.2.2 (Goudet 1999) para evaluar la relación entre poblaciones e individuos usando el análisis de componentes principales (PCA), con una probabilidad de atracción estimada mediante la aleatorización de 10,000 genotipos.

 

Resultados

Diversidad genética

Se analizaron 714 pb de la región control del ADNmt y se identificaron cinco haplotipos (tabla 1) en 149 de los 176 individuos recolectados, y se estimó la diversidad haplotípica total en h = 0.493 y la diversidad nucleotídica en π = 0.011. Los valores más altos de diversidad haplotípica se observaron en las localidades de la región central (SIN, NAY y MICH), mientras que el resto de las localidades analizadas no mostraron variación (tabla 1). El haplotipo E fue dominante en el golfo de México, pero también fue detectado con bajas frecuencias en el Pacífico, en SIN.

Las localidades de BCS y OAX fueron las de menor número de muestra y presentaron el menor número de alelos en el análisis de datos de microsatélites. Estas localidades divergen de los otros grupos debido a la presencia de alelos únicos con una alta frecuencia de algunos loci (Cli-112 y Cli-13, respectivamente).

El locus Cli-13 de microsatélites fue monomórfico para las muestras de SIN, NAY y CHIP. El valor promedio de heterocigosis total esperada fue de He = 0.525; la mayor riqueza alélica y heterocigosidad se presentaron en NAY, mientras que BC mostró los valores más bajos. Las frecuencias genotípicas con ajuste al equilibrio de H-W se presentaron en 32 de las 42 pruebas para el análisis de localidades, mientras que las nueve pruebas restantes podrían contener algunos alelos nulos en los loci analizados (tabla 2). Únicamente la muestra de BCS mostró evidencia de desequilibrio de ligamiento en dos loci, Cli-13 y Cli-112. Los valores de F_IS fueron significativos en los mismo loci que no mostraron equilibrio de H-W.

Divergencia poblacional

Los valores de Φ_st de los datos de ADNmt entre muestras pareadas mostraron diferencias significativas únicamente entre cuencas oceánicas (tabla 3). A pesar de que se observaron algunos valores significativos de F_ST entre pares de muestras de las localidades del océano Pacífico, éstos no resultaron significativos cuando se ajustó el nivel de significancia (no se muestran resultados). Los valores de F_ST entre muestras pareadas usando datos de microsatélites mostraron una señal de divergencia poblacional entre BC con respecto al resto de las localidades analizadas. Al comparar las muestras agrupadas por regiones, se encontró divergencia genética entre la región norte (conformada solo por BC) en comparación con las regiones central (F_ST = 0.172, P < 0.005) y sur (F_ST = 0.095, P < 0.005); sin embargo, la divergencia entre las regiones central y sur F_ST = -0.034, P = 0.479) no fue significativa. El análisis de AMOVA dio valores significativos en la comparación entre las regiones del Pacífico mexicano para microsatélites (F_CT = 0.130, P < 0.005), contrastando con los datos de ADNmt (Φ_ct = 0.088, P = 0.027). Las diferencias observadas entre BC y BCS justifican la reclasificación de las regiones, por lo que la muestra de BCS perteneciente a la región norte fue ubicada en la región central (F_ST = 0.1676, P < 0.005). Esta prueba confirmó la divergencia de la población de BC con el resto de las muestras del Pacífico mexicano. Por otra parte, cabe destacar que las diferencias observadas entre regiones en al análisis de AMOVA con datos de ADNmt son resultados interesantes teniendo en cuenta las diferencias significativas en la comparación de F_ST entre muestras pareadas al omitir la corrección de Bonferroni.

El análisis de asignación individual, realizado con los datos de microsatélite con el programa STRUCTURE incluyendo todas las poblaciones (Pacífico Mexicano y golfo de México), mostró un valor máximo de Ln = 1677.83 (Var = 313.23) con K = 6, indicando una estructura genética potencial de probablemente seis poblaciones. Sin embargo, la prueba de Evanno detectó una K = 2, sugiriendo estructura poblacional entre las dos regiones oceánicas. El mismo análisis para las localidades del Pacífico mexicano mostró un valor máximo de Ln = 1621.17 (Var = 85.96) para una K = 2, misma que fue observada en la prueba de Evanno (K = 2). Esto coincide con el último análisis de la prueba de AMOVA para datos de microsatélites, el cual confirma la presencia de dos unidades genéticamente independientes. La genealogía de haplotipos mostró la existencia de dos linajes de la región control del ADNmt: uno estuvo representado por el haplotipo E, el cual conserva las características ancestrales en el golfo de México, mientras que un segundo clado se formó con el resto de los haplotipos presentes en el océano Pacífico y de origen más reciente (fig. 1). La máxima diferencia entre el golfo de México y el Pacífico mexicano es resultado del aislamiento por el cierre del istmo de Panamá, y esto coincide con lo previamente publicado para la misma especie por Duncan et al. (2006).

Expansión poblacional y flujo génico

El valor de τ para el conjunto de secuencias fue de 0.666 (desviación estándar = 1.247). Las estimaciones del tiempo desde la expansión poblacional (T) fueron muy similares al valor total de t para cada una de las poblaciones analizadas, especialmente en las localidades de SIN y MICH (tabla 1). La expansión demográfica se estima que ocurrió hace aproximadamente 262,600 años (SIN y MICH), mientras que la expansión espacial se estimó que ocurrió hace 473,400 años (tabla 1). Los valores D de la prueba de Tajima fueron positivos y no significativos, sugiriendo cuellos de botella poblacionales recientes, mientras que la distribución entre pares de diferencias nucleotídicas (mismatches) no presentaron desviaciones significativas de la distribución unimodal, sugiriendo una expansión reciente en estas poblaciones. Las desviaciones observadas en NAY y MICH (SSD = 0.307, P < 0.005; SSD = 0.204, P = 0.032, respectivamente) sugieren la posible existencia de cuellos de botella en estas poblaciones. El índice de raggedness de Harpending, mostró un intervalo de 0.4019 (NAY) a 0.648 (MICH), sin valores significativos, lo que coincide con los eventos de expansión (no se muestran resultados). Los resultados del análisis de evolución de estimación Bayesiana mostraron un reciente declive en el tamaño poblacional de las hembras en el Pacífico mexicano, que se estima ocurrió hace 2000 o 2500 años, mientras que el tiempo estimado de la reducción de los tamaños poblacionales en las poblaciones de SIN, NAY y MICH, que muestran valores diferentes de cero, fueron más recientes, alrededor de 600, 250 y 100 años respectivamente.

La estimación de flujo génico entre localidades, con base en datos de ADNmt, mostró un intervalo de 350 (NAY a SIN) a 567 migrantes (CHIP a BC) por población. En general, se presentó un flujo génico significativo (M = 448-567) entre las localidades de la región norte y las del sur, y un flujo menor de SIN y NAY con el resto de las localidades. Las estimaciones de flujo génico mediante datos de microsatélites mostraron un patrón similar al obtenido mediante datos de ADNmt, con un intervalo de 17 (OAX a SIN) a 668 migrantes (SIN a OAX). Sin embargo, el flujo génico hacia SIN y NAY fue considerablemente menor comparando con la estimación previa (fig. 2). La estimación global del valor de Φ para datos de ADNmt en la región del Pacífico mexicano fue de 463, mientras que con datos de microsatélites Φ = 724. La prueba de robustez estadística realizada para microsatélites no presentó un valor significativo (F_ST = 0.009, P = 0.8) con respecto al valor esperado (F_ST = 0.01). Esto indica que el poder de resolución de la prueba de F_ST fue adecuada para el grupo de datos analizado. El PCA mostró un valor global de F_ST de 0.13 para las muestras combinadas y de 0.136 para las localidades del Pacífico mexicano. Estos resultados indican una tendencia de diferenciación poblacional entre las muestras de BC y OAX en relación con las demás localidades. Los datos de flujo génico y del análisis de AMOVA y las graficas de análisis de STRUCTURE, PCA y BEAST pueden solicitarse al autor principal.

 

Discusión

La presencia de hembras preñadas y juveniles ha sido frecuentemente registrada en las zonas de alta productividad, en el Pacífico mexicano, sugiriendo que estas áreas pueden corresponder a zonas de alumbramiento y alimentación. (Alejo-Plata et al. 2006a, b; Salomón-Aguilar et al. 2009). Esta observación y el comportamiento filopátrico en S. lewini sugieren la posibilidad una estructura poblacional.

Divergencia poblacional

Nuestros resultados detectaron divergencia poblacional entre las localidades del norte (BC y BCS) y de la región central en comparación con las localidades del sur, tanto en las comparaciones de muestras individuales como en los grupos de regiones usando ADN nuclear, mientras que con datos de ADNmt no se observaron diferencias significativas en ninguno de los análisis. Estos resultados sugieren una divergencia poblacional reciente, fuertemente relacionada con el flujo génico entre las regiones analizadas. La diversidad genética observada fue similar a la registrada en estudios de otras especies de tiburones, que utilizaron marcadores mitocondriales y nucleares (Keeney y Heist 2003, Stoner et al. 2003). Los bajos niveles de diversidad observados con los datos de ADNmt coinciden con los niveles de diversidad de S. lewini encontrados previamente en el golfo de México (Duncan et al. 2006).

Las poblaciones que mostraron desviación de H-W en algunos loci también mostraron valores de probabilidad significativa en los índices de fijación F_IS de los mismos loci, lo que implica un importante efecto endogámico y explica las desviaciones de H-W observadas. Sin embargo, los valores de probabilidad de F_IS derivados de los loci en todas las poblaciones resultaron significativos únicamente para las muestras de BC y BCS en el Pacífico mexicano y para las dos localidades del golfo de México. Estos resultados sugieren un marcado patrón de endogamia para estas cuatro poblaciones, aunque los resultados obtenidos para las localidades del golfo de México pueden deberse a efectos de una muestra reducida de esta región.

El análisis de la genealogía de los haplotipos fue similar al registrado por Duncan et al. (2006). La diferencia entre las cuencas oceánicas fue clara, así como la baja diversidad en el golfo de México y la presencia de dos haplotipos más que los registrados por Duncan en el Pacífico mexicano, en las poblaciones de SIN, NAY y MICH.

Las características evolutivas del ADNmt, incluyendo la ausencia de recombinación y la herencia materna, lo han convertido en una herramienta importante para la obtención de información genética dentro del contexto histórico. En contraste, el ADN nuclear, como los microsatélites, posee una alta tasa mutacional, lo que permite la detección de procesos evolutivos en una escala más reciente. Por estas razones, la señal de divergencia observada con datos de microsatélites entre la región norte con respecto al resto de las poblaciones, no detectada con los datos de ADNmt, puede deberse a una señal histórica de flujo génico entre las localidades del océano Pacífico mexicano. Así, la similitud entre las localidades separadas espacialmente puede ser el resultado de flujo génico ancestral propiciado por el sistema de corrientes de la región. La corriente de California, con dirección norte-sur, y la corriente costanera de Costa Rica, con dirección sur-norte, pueden estar favoreciendo el intercambio de individuos entre estas dos regiones durante los procesos de expansión demográfica y/o espacial. Nuestros resultados del análisis de ADNmt muestran un patrón de homogeneidad genética que ha sido observado en S. lewini en la misma área (Duncan et al. 2006, Nance et al. 2011), sugiriendo una fuerte interacción ancestral entre las poblaciones del Pacífico mexicano. Este mismo patrón de homogeneidad genética ha sido observado en otras especies de peces pelágicos de la misma área mediante el uso de marcadores mitocondriales (Díaz-Jaimes et al. 2006).

Sin embargo, nuestros datos son congruentes con una divergencia reciente, detectada mediante el análisis de micro-satélites en algunas de las localidades del Pacífico mexicano (BC en relación con el resto de las localidades, y SIN y NAY en relación con BCS). Las diferencias observadas en los índices de divergencia mostraron dos patrones que están relacionados con los tiempos evolutivos de cada marcador, sugiriendo que la reciente divergencia entre BC y BCS puede estar relacionada con el cambio del tamaño poblacional y la migración de hembras entre diferentes áreas de crianza. La población de BC mostró los niveles más altos de riqueza alélica y diversidad genética, que a su vez podrían estar relacionadas con la divergencia observada en esta localidad. Los valores significativos de diversidad pueden ser el resultado de eventos de expansión poblacional, ya que los altos niveles de diversidad genética de algunas poblaciones también han mostrado evidencia de un crecimiento poblacional reciente (Liu et al. 2006); sin embargo, la divergencia observada también puede ser el resultado de tamaños de muestra pequeños. Aunque los tamaños de muestra de BC (n = 10) y OAX (n = 9) son relativamente pequeños, son comparables con los de publicaciones previas de estudios sobre elasmobranquios (Duncan et al. 2006). La baja frecuencia de los alelos 226, 228 y 230 del locus Cli-12 en BC, alelos que muestras una alta frecuencia en el resto de las localidades estudiadas, puede ser el resultado de una disminución relativa de la muestra, produciendo una señal de divergencia artificial en esta localidad. Nance et al. (2011) también detectaron divergencia poblacional significativa, mediante datos de microsatélites, dentro de muestras del Pacífico mexicano y de América Central y una reducción en el tamaño de las poblaciones.

Expansión poblacional y flujo génico

Los valores de flujo génico detectados muestran un flujo reciente según los datos obtenidos de los microsatélites, con una notable disminución migratoria hacia la región central, mientras que las regiones norte y sur muestran niveles similares de flujo génico. Este patrón es consistente con la diferenciación observada entre las regiones del norte y del sur, sugiriendo la existencia de las dos entidades genéticas detectadas mediante el análisis de estructura poblacional realizado con STRUCTURE y Evanno. El patrón de divergencia poblacional detectado mediante los microsatélites puede estar influenciado por migraciones recientes entre las regiones analizadas y, consecuentemente, no se observaron diferencias mediante los datos mitocondriales. Adicional-mente, la disminución del tamaño efectivo poblacional detectado en esta especie (Nance et al. 2011) puede formar parte del proceso de divergencia poblacional.

Se ha observado que algunos tiburones martillo permanecen largos períodos frente a las áreas costeras y las islas cercanas a Hawaii (Kohler y Turner 2001). En estos casos, la presencia prolongada de machos frente a las islas de la región central del Pacífico mexicano, ya sea para alimentarse o para aparearse, limita su dispersión y genera una señal de divergencia diferente en los datos del ADNmt en comparación a la observada mediante microsatélites.

La señal de divergencia reciente observada puede deberse a la disminución de los tamaños de las poblaciones y a su confinamiento en zonas de alta productividad como la boca del golfo de California y el golfo de Tehuantepec, resultando en una conectividad disminuida entre las poblaciones debido al largo tiempo de residencia de algunos tiburones en esas áreas. La disminución de los tamaños poblacionales concuerda con la baja o nula diversidad observada en las poblaciones de las zonas norte (BC y BCS) y sur (OAX y CHIP) del Pacífico mexicano. No obstante, los casos en que la estructura poblacional detectada por ADNmt no muestra una señal clara de divergencia reciente se asocian con las bajas tasas de mutación de la región control del ADNmt.

La evidencia de cuellos de botella en las poblaciones del Pacífico central mexicano (NAY y MICH) detectada por datos procedentes del ADNmt es similar a la encontrada por Nance et al. (2011) con datos de microsatélites provenientes de diferentes poblaciones de S. lewini del Pacífico mexicano y de otras partes del mundo. Esos cuellos de botella pueden estar relacionados con el declive significativo de los tamaños poblacionales detectados en esta especie mediante ambos marcadores.

La tendencia hacia la reducción del número efectivo de hembras en las poblaciones del Pacífico mexicano es congruente con los resultados de Nance et al. (2011) sobre lo que ha ocurrido en la región nororiental del Pacífico. La época de esta disminución en el Pacífico mexicano es aparentemente reciente, hace 2000-2500 años de acuerdo con nuestros datos de ADNmt, más reciente que la estimación de 6000-8000 años obtenida por Nance et al. (2011) para la misma zona mediante microsatélites.

Las poblaciones que muestran mayor diversidad genética son probablemente el resultado de migraciones procedentes de poblaciones con características genéticas diferentes. Los individuos migrantes pudieran modificar el acervo génico de las poblaciones receptoras y producir una mayor diversidad alélica y haplotípica. Las poblaciones receptoras se encuentran en zonas de alta productividad, que sirven como áreas de alimentación, promoviendo la llegada y la mezcla de individuos provenientes de poblaciones distantes. Las poblaciones con mayores niveles de diversidad permiten el mantenimiento del equilibrio entre la deriva génica y la migración, convirtiéndose en reservorios de riqueza genética que debe ser conservada (e.g., evitando la sobrepesca a fin de mantener la diversidad genética de las poblaciones).

Los procesos climáticos históricos, como los ciclos glaciales e interglaciales que han ocurrido durante el Pleistoceno, han producido tanto cambios en la dirección de las corrientes oceánicas como modificaciones de la temperatura superficial y el nivel de los océanos (Alvarado-Bremer et al. 2005). Estos cambios drásticos en los patrones ecológicos han llevado a procesos de extinción y de recolonización y/o a expansiones poblacionales (Grant y Bowen 1998). En el presente estudio, los parámetros de demografía histórica fueron congruentes con la incidencia de procesos de crecimiento poblacional precedidos de una reducción significativa del tamaño de la población, de acuerdo con el modelo de expansión poblacional súbita. Se ha documentado que tales procesos pueden afectar la composición genética de las poblaciones en ese momento (Lecomte et al. 2004). Por ello, la señal de divergencia observada mediante el análisis de microsatélites (SIN y NAY) debe ser el resultado de procesos de expansión poblacional en la región central del Pacífico mexicano. Las expansiones demográficas y/o espaciales en las localidades del Pacífico central mexicano pudieron haber sido causadas por una disminución en la temperatura superficial del agua, tal como se ha observado en otras especies pelágicas (Rohfritsch y Borsa 2005). La expansión espacial de las poblaciones pudo haber ocurrido en respuesta a la aparición de condiciones oceanográficas favorables para la especie, que a su vez pueden estar vinculadas a los eventos geológicos acontecidos durante los periodos interglaciales hace aproximadamente 350,000-450,000 años. Se ha sugerido que durante los ciclos glaciales-interglaciales del Pleistoceno ocurrieron cambios importantes en los procesos oceanográficos, como concentraciones acrecentadas de nutrientes asociadas con la profundidad de la termoclina (Cannariato y Ravelo 1997). Estos cambios oceanográficos del Pacífico oriental durante la era Plio-Pleistocénica pudieron haber generado nuevos entornos con características ventajosas que propiciaron los procesos de expansión y recolonización y de crecimiento poblacional de S. lewini. Debido a los cambios en la oceanografía, se generaron nuevas áreas con condiciones favorables que facilitaron estos procesos de expansión y de crecimiento poblacional.

 

Conclusiones

Nuestros resultados mostraron claramente patrones de estructuración genética en el tiburón martillo S. lewini, probablemente reflejando momentos evolutivos distintos, de acuerdo con las características de cada uno de los marcadores utilizados. La nueva información sobre la estructura genética de S. lewini en el región norte del océano Pacífico mexicano es de relevancia para los procesos de gestión de las pesquerías. Con base en la presencia de poblaciones con alta diversidad y divergencia genética, las zonas de la boca del golfo de California y el golfo de Tehuantepec podrían ser consideradas como reservorios de diversidad genética, ya que ambas regiones, que han sido reconocidas como sitios de alimentación y reproducción, fomentan que organismos provenientes de diferentes poblaciones allí residan.

La boca del golfo de California y el golfo de Tehuantepec son relevantes para las migraciones de los tiburones por su alta productividad. En estas zonas se observan anualmente grandes cantidades de hembras preñadas llegadas de diferentes lugares (Alejo-Plata et al. 2006a, b; Salomón-Aguilar et al. 2009). Se deben adoptar medidas de manejo para estas áreas de alimentación o de crianza, tales como temporadas de veda, monitoreo permanente del tamaño y edad de los tiburones capturados y como la determinación de una cuota de captura basada en los parámetros derivados de la dinámica de sus poblaciones. Las localidades del norte (BC y BCS) y el centro (SIN y NAY) del Pacífico mexicano pueden representar unidades poblacionales genéticamente diferenciadas, lo que debe ser considerado en el diseño de las estrategias de manejo para su explotación.

De la misma manera, los patrones migratorios estimados a través del uso de ambos marcadores y la factible migración diferencial entre machos y hembras deben ser estudiados con mayor detalle. En la región del golfo de Tehuantepec, que se ha identificado como un área de crianza y de alimentación, el tamaño de los individuos capturados debería ser cuidadosamente regulado. Debe hacerse notar que altas cuotas de captura en las regiones norte y sur del Pacífico mexicano podrían ocasionar una reducción en el tamaño poblacional. Esto sería particularmente serio si las cohortes de S. lewini estuvieran conformadas principalmente por juveniles y hembras, que son frecuentes en el golfo de Tehuantepec. La sobrepesca igualmente afectaría la migración de algunos de estos individuos a otras regiones, migración que es necesaria para mantener el flujo génico entre las localidades fuera de la región central del océano Pacífico mexicano.

 

Agradecimientos

Este estudio fue financiado con presupuesto otorgado por la Dirección General de Asuntos del Personal Académico de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) mediante el Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica (PAPIIT) a través de los proyectos IN-208408 y IN-223206. Se agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca otorgada al primer autor y al Posgrado en Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), por la formación recibida durante sus estudios de Doctorado. También se agradece a V Anislado-Tolentino, F Galván-Magaña y J Sandoval-Castillo su ayuda para obtener las muestras de Michoacán, Baja California y Baja California Sur.

 

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