13 noviembre 2008

¿Existe una memoria biológica de la evolución?

La evolución de una determina característica o rasgo podría verse facilitada si los cambios en el ambiente se dan de una manera regular en lugar de azarosa. De este modo el genoma retendría memoria de la historia ambiental pasada.

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Geospiza magnirostris y Geospiza Fortis. Foto: B. Rosemary Grant-Science.

La evolución de las especies depende de los cambios en el entorno de los individuos que la componen. En un ambiente absolutamente estable (e inexistente) no se daría la selección natural ya que los individuos no se verían afectados por un mayor o menor éxito reproductivo y las especies permanecerían sin cambios. Pero lo normal es que haya cambios en el mismo que favorezcan determinados rasgos, es decir que conduzcan a un mayor éxito reproductivo, y por tanto los genes mutados que determinan esos rasgos terminarán siendo dominantes en los genomas de los individuos de la especie. Si el ambiente cambia de nuevo puede que se favorezca otro rasgo y que se seleccionen otros genes distintos y los anteriores terminarían siendo “olvidados” para siempre. Los cambios en el ambiente hacen que las especies se tengan que readaptar continuamente. Esto nos haría pensar que bajo estas premisas la evolución se daría de forma lenta a no ser que haya cierta capacidad de cambiar rápidamente.
Supongamos ahora que los cambios en el ambiente no se producen de manera suave y continua, ni tampoco de manera azarosa, sino que se dan de forma periódica o sistemática. ¿Retendría el sistema genético memoria de sus estados pasados?
Merav Parter, Nadav Kashtan y Uri Alon del Instituto Weizmann en Israel sugieren ahora en un artículo en PloS que los cambios ambientales que varían de una manera no azarosa a lo largo del tiempo permitirían una evolución que aprendiera las reglas de comportamiento del ambiente y creara organismos que pueden desarrollar rápidamente nuevos rasgos a partir de muy pocas mutaciones. Es decir, que bajo este supuesto la evolución se aceleraría.
La habilidad de generar novedad es uno de los misterios de la teoría evolutiva. Últimamente diversos descubrimientos en Evolución, Genética y Biología del Desarrollo sugieren que los organismos facilitan de algún modo la variación. Un diseño donde los cambios genéticos dan lugar a características o rasgos físicos (fenotipos) novedosos que, llegado el caso, pueden ser útiles y ser seleccionados. Por ejemplo, y recordando los pinzones de Darwin, una de las posibles mutaciones en el genoma de un pájaro puede dar lugar a una forma del pico apropiada para un nuevo ambiente en el que haya diferentes recursos alimenticios. Si esa nueva forma no aparece no se podrá aprovechar el nuevo recurso y esto dependerá de lo fácil que sea la aparición de variación. Se necesita una capacidad de cambio que proponga “nuevas ideas” en fenotipos. Esto nos deja con la duda de cómo evoluciona espontáneamente en sí la facilidad con la que se da esta variación.
En el trabajo de estos investigadores se tuvo en cuenta las observaciones que muestran que el ambiente natural varía regularmente a lo largo del tiempo bajo ciertas reglas. Proponen que los organismos pueden aprender (o más bien sus genomas) cómo ha cambiado el ambiente en el pasado y usar esta información para tener una ventaja evolutiva en el futuro. Si por ejemplo la disponibilidad de semillas para las distintas especies de pinzones varía en tamaño y dureza a lo largo del tiempo, las distintas especies pueden haber aprendido la capacidad de desarrollar picos apropiados de manera rápida. A largo plazo no se seleccionaría un tipo de pico en concreto sino que seleccionaría un conjunto de herramientas genéticas capaces de hacer evolucionar el pico más apropiado para una época concreta.
Para comprobar esta hipótesis estos investigadores emplearon una simulación computacional en la que dejaron evolucionar unos “organismos” simples que evolucionaban bajo dos posibles escenarios. Una primera población evolucionaba bajo un ambiente sin cambio y una segunda bajo un cambio sistemático y regular del ambiente. Los dos escenarios dieron lugar a organismos con diferentes diseños, pero en el segundo caso los organismos almacenaron información acerca de la historia en sus genomas, desarrollando un diseño genético modular. Éstos fueron además capaces de generar fenotipos novedosos útiles para ambientes nuevos, siempre y cuando compartieran las mismas reglas que los ambientes vividos. De este modo la habilidad de generar novedad emergería evolutivamente del sistema.
El estudio sugiere el gran efecto que el ambiente puede tener en la evolución de los diseños biológicos y nos acerca a la comprensión de cómo evoluciona la habilidad de crear diseños novedosos útiles. ¿Explicaría este estudio también los casos de evolución rápida observados en algunos ecosistemas reales?

Fuentes y referencias:
Nota en Eureka alert.
Artículo en PloS.

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