Motacilla alba

Recentment he acabat el treball de recerca, el qual ja havia començat com a article científic per al programa Joves i Ciència. Es tracta d'una feina llarga, però els resultats han estat positius, i el fet de treballar en un projecte d'aquesta profunditat m'ha fet aprendre moltíssim.

Representació de l'estudi morfològic
Morphological study representation

Com era d'esperar, he dedicat el TdR als ocells, concretament a la cuereta blanca (Motacilla alba) i les seves subespècies. Es tracta d'un tàxon fortament politípic, especialment en morfologia i distribució. L'article es centra en les diferències entre la cuereta blanca endolada (Motacilla alba yarrellii) i la subespècie europea continental, la Motacilla alba alba. Com que la cuereta endolada sempre ha estat un objecte de controvèrsia, vaig analitzar les diferències entre les dues subespècies, amb l'objectiu de buscar possible suport per a reorganitzar-les taxonòmicament. Concretament, per a determinar si la cuereta endolada es podria considerar una espècie independent. Per a fer-ho, a més de revisar morfologia, ecologia, cant, hàbitat i comportament de les cueretes, vaig estudiar-ne les zones d'hibridació i les migracions. Finalment, vaig analitzar la regió del genoma que serveix com a control a partir de l'ADN mitocondrial, el COI-5P. Es tracta de la regió del genoma utilitzada en els barcodes. Aquesta combinació de taxonomia tradicional i genètica s'anomena taxonomia integrativa, i és el que aporta els millors resultats actualment en taxonomia, ja que combina diversos camps i suma els coneixements.

Després de diversos dies al laboratori de genètica molecular de la Universitat de Barcelona, i finalment d'anàlisi informàtica, vam detectar canvis en algunes posicions concretes del gen, però en estudiar-les, ens vam adonar que es trobaven en la tercera basa del codó, una posició que no els dona valor evolucionari, però que dona suport a la teoria inicial que tenia. Aquesta descriu una situació en què trobem dues espècies diferents però que han sofert especiació simpàtrica recent i per a tant no mostren encara divergències genètiques importants. També hi ha una altra hipòtesis que podria ser recolzada pels resultats, i és la de que les cueretes han estat sempre espècies iguals que mostren diferències polimòrfiques. Aquesta situació també la trobem en els passarells golanegres Carduelis flammea cabaret i Carduelis flammea flammea.

Laboratori // Laboratory

El que vaig trobar d'interessant, també, va ser que el gen COI-5P no mostra prou índex de variació per a treballar entre subespècies i fins i tot espècies, ja que només distingeix entre espècies en fer servir la seqüència de bases nitrogenades. La seqüència de proteïnes, en canvi, no mostra canvis gairebé ni entre la mateixa família d'organismes. Això s'explica perquè la variació que es troba sempre apareix en la tercera posició del triplet, que justament és la que no codifica de la seqüència de bases a proteïnes.  Aquesta variació la vaig trobar en les Motacilla, però encara amb més intensitat en comparar amb altres passeriformes propers a la cuereta com les Anthus i els Emberiza.

 Finalment, com que el COI-5P no sembla mostrar canvis entre subespècies, el que proposaria per a seguir investigant en aquest camp seria trobar gens més concrets que representin les característiques que varien en cada cas d'uns individus que vulguem analitzar a uns altres.

En el cas de la cuereta endolada i la blanca (Motacilla alba yarrellii i Motacilla alba alba), el millor gen a analitzar per a trobar el màxim índex de diferències seria potser un gen relacionat amb la pigmentació.

Tot i això, considero que la genètica no ha de ser la única base la taxonomia, i les dues cueretes clarament ofereixen diferències, sobretot en taxonomia i distribució. Potser el que cal és esperar a que el temps faci aparèixer aquestes possibles divergències al genoma que acabaran de donar suport a una nova taxonomia.

Procés de dibuix en què vaig representar segons l'edat i època de l'any els plomatges de cada una de les dues subespècies per a comparació morfològica.

Process of illustrating the differences according to age and season for both subspecies, which made easier morphological comparison.

Resultats per a una de les subespècies // Results for one of both subspecies

I've just finished my research project, in which I had been working for quite a long time now in concordance with the Joves i Ciència program. It has been a demanding work, but the results have been positive and being able to work on such an interesting project in depth has made me learn much.

As everyone was expecting, I based the paper around birds, more precisely, I worked on the White wagtail (Motacilla alba). The taxon shows polytypic characters, especially in morphology and distribution. This article focuses on the differences between two of the eleven Motacilla alba subspecies: the White wagtail (Motacilla alba alba), which breeds in most of the European continental countries, and the Pied wagtail (Motacilla alba yarrellii), the only breeding M. alba. in the United Kingdom and Ireland. As the Pied wagtail has been object of controversy, causing people to consider it a subspecies of the wider taxon and others to talk about it as an independent species, the aim was to find support for possible taxonomical reorganization of both subspecies. To do so, not only I reviewed data about morphology, ecology, song, habitat and behaviour of both wagtails, but I also considered migratory movements and hybridization areas. Finally, I analysed the mtDNA control region of the COI-5P, and compares sequences from Mot. alb. alba and Mot. alb. yarrellii in order to detect possible differences. This study of both traditional taxonomy target fields such as morphological differences and genetics is called integrative taxonomy, and is what I think offers most reliable results by combining various fields.

After various tests at the  molecular genetics laboratory at the Univeristy of Barcelona and finally a lot of informatic analysis, changes could be detected at some base positions, but by studying them we found out that they were found at the third base of the codon. This gives no evolutionary meaning to the differences, while supporting the following initial theory I had, which describes two initial gene pools (or two different species), which have suffered recent sympatric speciation that has not given enough time for genetic differences to appear. The results also point to another hypothesis, which proposes one single gene pool with polymorphic characters. This situation has also been found in other bird species, such as Lesser (Carduelis flammea cabaret) and Common (Carduelis flammea flammea) redpolls.

Foto de la cuereta blanca endolada (Motacilla alba yarrellii)
feta a Newcastle durant unes estades científiques aquest estiu.

Photo I got of the Pied wagtail (Motacilla alba yarrellii)
during a Chemistry program this summer.

What I found which was interesting too was that the COI-5P gene in taxonomy doesn’t show enough variation for working among subspecies, and appears to only be able to recognize species from the nucleotide sequence. In contrast, the protein sequence doesn’t show any or few changes among family. This can be explained by the fact that variation in between populations appears in the third base of the codon, which doesn’t codify for a protein but still represents a change in the nucleotide sequence. This type of variation was found in the Motacilla taxon among the Motacilla alba alba vouchers and in major frequency when comparing between close passerines of the White wagtail such as Anthus and Emberiza.

Finally, as the COI-5P clearly isn’t variable enough to work among subspecies, one future study in the field I propose would be analysing more concrete genes associated with particular characteristics for the targeted subspecies. In the case of the Pied wagtail (Motacilla alba yarrellii) and the White wagtail (Motacilla alba alba), a pigmentation related gene could be studied in order to find possible genetic differences that have been missed here.

Nevertheless, species separation should not be based only in genetics, and empirical data collected in the work shows clear differences between both Wagtails. Perhaps we shall wait for time to act and make these possible genetic divergences that might be there and will give final support to new taxonomical decisions.

JiC '15

Ara fa exactament un mes vaig començar una de les millors experiències que he viscut. Va començar el Joves i Ciència 2015.

Vaig arribar al matí a Barcelona, per agafar l'autobús que ens havia de portar al MónNatura Pirineus, a les Planes de Son. Després de 5 hores de viatge, vam arribar al lloc que havia de ser casa nostra per quinze dies. Ens vam presentar, i de seguida ens vam sentir com una gran família. Durant tot el temps que van durar les estades, va ser com allunyar-nos de la resta del món per endinsar-nos a una dimensió diferent, amb un entorn fantàstic, una companyia immillorable i, sobretot, un projecte apassionant.


Dels cinc projectes, jo pertanyia al d'ADN, evolució i biodiversitat. El primer dia ens van presentar els nostres investigadors del CRG, vam preparar el laboratori amb maquinària que encara no coneixíem, i ens vam endinsar en els conceptes bàsics de genètica. Durant la resta de la primera setmana de treball, vam aprendre tot el necessari per poder dur a terme satisfactòriament el projecte de la segona setmana. Ens van parlar de conceptes nous que no havíem sentit mai, i vam discutir temes com les teories d'evolució, la bioètica o els beneficis i problemes que ens porten els organismes genèticament modificats (GMOs). 

Era interessant poder veure els punts de vista diferents i encara millor poder tenir científics experimentats a la nostra disposició per fer preguntes quan volguéssim i resoldre dubtes. Dividíem les hores de treball en classe i laboratori. En aquest segon, equipat de manera totalment professional, vam descobrir tècniques avançades de tractar ADN, com el PCR (Polymerase Chain Reaction) -utilitzat per amplificar mostres en cas de no tenir prou ADN- o la seqüenciació.La feina ens absorbia i sempre acabàvem arribant tard als àpats, però ens era igual, perquè treballar en el que t'agrada no es pot considerar treballar.

Un cop vam tenir après el que calia, vam poder començar la segona etapa del projecte, participar a l'Encyclopedia of Life (EOL). Es tracta d'un projecte internacional que vol recollir el màxim d'informació possible sobre les espècies existents, abans no sigui massa tard. Què vol dir massa tard? Doncs, fins ara, uns 2 milions d'espècies han estat descrites formalment per la ciència. Bé, oi? Doncs no, perquè s'estima que poden existir fins a 50 milions d'espècies. Tot i que cada any es descobreixen unes 10000 espècies noves, també se n'extingeixen moltíssimes. Tantes, que a finals de segle, n'haurem perdut més de mig milió, moltes de les quals mai haurem descobert. Al pujar la nostra investigació a l'EOL, ajudem a la base de dades a abastar més espècies.

Vam contribuir mitjançant el barcoding. Es tracta d'una tècnica en la qual s’analitza l'ADN mitocondrial (mtDNA) dels organismes per crear un codi de barres a partir de la seqüència de bases nitrogenades en el gen COX1. Aquest gen es troba a tots els organismes eucariotes i evoluciona relativament ràpid, fet que fa que sigui fàcil d’estudiar. Tot i ser una tècnica nova, ja té molts usos. Per exemple, permet la ID ràpida de les espècies sense haver de recórrer a la morfologia. Si l’especiació entre espècies és massa recent, però, no veiem diferències genètiques, cosa que pot portar a males identificacions.

Per fer el projecte, vam sortir a recollir mostres. Tot seguit, vam anar al laboratori, i vam extreure l’ADN, vam fer un PCR i vam ampliar la regió del cox1 per poder-la seqüenciar. La seqüenciació es realitza amb la mateixa màquina que el PCR, però té usos diferents. Mentre el PCR ens copia la mostra, la seqüenciació ens permet llegir-la. Vam obtenir resultats molt satisfactoris, i gairebé tothom va poder identificar l'espècie que havien fet servir de mostra. Jo vaig seqüenciar un reietó (Regulus regulus), obtenint un 99.84% de coincidència amb els barcodes que ja hi havia a la base, cosa que fa pensar que potser es tractava d'una subespècie que encara no havia estat entrada. Això és només un petit resum de tot el que englobava el projecte.

Cal afegir que l'ambient era brutal, tots els 50 estudiants compartíem una passió, i al conviure durant 15 dies seguits ens vam unir moltíssim. Com diem sovint, això només ha estat el principi de la nostra amistat! Mai oblidaré les hores de música, les sortides d'exploració a la muntanya, les lluites d'herba al terrat, les bromes internes, les frases èpiques que només els JiC entenem, les discussions ni les paradoxes...Són tantes coses les que em venen al cap que no es poden esmentar totes! Em van encantar la nit de la música, els monòlegs de "The Big Van Theory", la cursa d'orientació i l'excursió al refugi, els jocs de nit i les observacions amb el projecte d'astronomia...era com si cada dia fos millor que l'anterior. Hem viscut moltíssimes coses, i tot quedarà per sempre al meu cor.


(English version to come)