... o las esperanzas de un pobre monstruo.
¿Una peli de sci-fi? Pues no. Cuando yo estudiaba (ejem) para genético, me topé con un libro de Genética de Poblaciones (no recuerdo cuál de los muchos que leí) que tenía un capítulo con ese título. Sí, ya lo sé, estos de GP están p'allá. El caso es que en bajo ese epígrafe se describía justo eso, cuál es el futuro evolutivo de una mutación recién aparecida en una población (lo de las esperanzas no, eso lo he añadido yo y ya veréis por qué).
Hace ya unos añitos, antes de que yo empezara a tomar clases de GP, conocí al personaje apodado Xac Mazo. Participábamos en los foros de Terra y una cosa llevó a la otra y terminamos confesando que cada cual por su cuenta hacía sus pinitos en simulación de evolución de poblaciones. Dejaré que él explique, si quiere, qué locura le llevó a hacerlo; a mí me llevó algo que leí "de joven". Un artículo en PCManía, temas Informágicos, trataba sobre dinámica poblacional como ejemplo de sistema caótico ordenado. Un programilla en BASIC me permitía jugar con los parámetros de la ecuación logística. Como la suerte favorece a la mente preparada, a mí me llevó un montón de años lograr que una idea que me rondaba por la cabeza llegase a realizarse. Lo logré cuando descubrí (gracias a Mazo) que en el Excel se pueden generar funciones recursivas. La idea era simular el destino de dos poblaciones simpátricas pero con distinta tasa de reproducción. El resultado, el de prever.
El caso es que nos metimos a simular escenarios de genética evolutiva, incluyendo el destino del mutante solitario. Especialmente éste, debería añadir, puesto que el punto que tratabamos de demostrar en una discusión de aquella época era qué posibilidades tenía un "monstruo prometedor" de generar una nueva especie. En circunstancias "normales", las esperanzas del pobre monstruo son bien pocas...
¿Qué es necesario para conseguir que el nuevo alelo alcance una frecuencia estable (y significativa) en la población? En primer lugar, partimos de un único individuo heterocigoto (toda mutación nueva aparece primero en un heterocigoto, por definición). El heterocigoto trata de reproducirse y para ello necesita una pareja, que evidentemente será homo-normal, así que su descendencia será homo-normal y hetrocigota, al 50%. Suponiendo emparejamiento aleatorio, hasta que se alcance una "masa crítica", los heterocigotos se emparejarán siempre con homo-normales, por lo que no se producen homo-mutantes hasta rebasado el umbral a partir del cual ya es posible que por azar se produzcan cruzamientos entre heteros. Es decir, desde que aparece la mutación hasta que aparece el primer homo-mutante, tienen que transcurrir un número de generaciones, y en el transcurso la mutación tiene que apañárselas para sobrevivir en heterocigosis, cosa nada fácil debido a la alta mortalidad. De hecho, la teoría y las simulaciones predicen que el destino de la mutación es la desaparición. En realidad la teoría clásica dice que siempre habrá un heterocigoto en la población, pero si tenemos en cuenta parámetros "reales" (tamaño finito, frecuencias múltiplo de 1/N) entonces de hecho sí que desaparece, tarde o temprano. Miento, en muy raras ocasiones, por puro azar (efecto de muestreo inevitable en poblaciones de tamaño finito, más cuanto más pequeñas) el alelo puede llegar a fijarse.
Sin embargo, la selección puede echar una mano. En el freno selectivo argumenté que la selección en realidad acelera la fijación de los mutantes beneficiosos, y aquí me extenderé un poco más. Ya he mencionado que por efecto de muestreo las frecuencias varían aleatoriamente (la ley de Hardy Weinberg o de constancia de las frecuencias alélicas se mantiene de manera estadística: la frecuencia de poblaciones (o repeticiones) en las que se fija el mutante es igual a la frecuencia alélica inicial (1/N); necesitamos N repeticiones para "asegurarnos" que se fije en al menos 1 población). Así pues, es posible que en una "racha de buena suerte" la frecuencia de heterocigotos aumente hasta llegar al umbral crítico en que homo-mutantes empiezan a aparecer. Y entonces la selección puede favorecerlos y luchar contra la aleatoriedad reinante. Pero por muy alto que sea el coeficiente de selección favorable, el destino está regido aún por la posibilidad de esa "racha de buena suerte", la ventaja selectiva del mutante no sirve de nada puesto que la "dormancia" en heterocigosis está gobernada por las leyes de la probabilidad. El mutante esperanzado lo tiene de culo.
¿Pero y si los heterocigotos ya presentasen alguna ventaja selectiva? Hay 4 posibles escenarios. Llamemos w a la eficacia biológica, y el subíndice denota a qué genotipo se refiere, (m) homocigoto mutante, (h) heterocigoto, (n) homocigoto normal; wm>wn
El primero ya lo hemos comentado, el heterocigoto no tiene ventaja selectiva, sólo el homo-mutante. El siguiente es que el heterocigoto tenga cierta ventaja selectiva, aunque inferior al homo-mutante (herencia incompleta, codominancia, como lo querais llamar). El tercero es el caso de que el heterocigoto tenga la misma eficacia que el homo-mutante (herencia dominante). El último es el caso más extremo, el de la heterosis o superioridad del heterocigoto (el ejemplo clásico de la anemia falciforme y la HbS). Cuanto mayor la eficacia biológica del heterocigoto, más rápido se extiende la mutación. De aquí Mazo concluye que a no ser que haya selección a favor del heterocigoto (en cualquiera de las tres formas posibles), el mutante no tiene mucho futuro.
Pero no es lo único posible. La primera posibilidad es el incesto. El heterocigoto inicial tiene descendencia mixta; si se aparean entre ellos, desde la F2 pueden aparecer homo-mutantes. Claro, la consanguineidad aumenta, pero hay distintos grados de 'inbreeding'. En la naturaleza en pocas ocasiones se produce panmixia sino preferencia por la vecindad. Si la especie no tiene mucha movilidad, entonces la familia se mantiene en una misma localidad, con lo que a lo largo de las generaciones el alelo se distribuye localmente y aumenta (localmente) la probabilidad de que aparezcan homo-mutantes.
La segunda posibilidad es el "assortative mating": los individuos no se aparean al azar sino que tienen preferencias. Si imaginamos un individuo capaz de distinguir a los que portan el alelo mutante (para bien o para mal) y decidir su pareja en función, entonces las probabilidades de que los heterocigotos se encuentren aumentan y por lo tanto los homocigotos aparecen antes.
La segunda posibilidad es la que me gusta más puesto que, aún sin beneficio selectivo, es capaz de producir dos "poblaciones" que coexistan ¡o se sustituyan! La combinación de apareamiento no aleatorio (inbreeding o assortative mating) y selección positiva es suficientemente poderosa como para vencer el efecto estadístico del muestreo y lograr que, al final, el mutante solitario sea un mutante esperanzado.
¿Una peli de sci-fi? Pues no. Cuando yo estudiaba (ejem) para genético, me topé con un libro de Genética de Poblaciones (no recuerdo cuál de los muchos que leí) que tenía un capítulo con ese título. Sí, ya lo sé, estos de GP están p'allá. El caso es que en bajo ese epígrafe se describía justo eso, cuál es el futuro evolutivo de una mutación recién aparecida en una población (lo de las esperanzas no, eso lo he añadido yo y ya veréis por qué).
Hace ya unos añitos, antes de que yo empezara a tomar clases de GP, conocí al personaje apodado Xac Mazo. Participábamos en los foros de Terra y una cosa llevó a la otra y terminamos confesando que cada cual por su cuenta hacía sus pinitos en simulación de evolución de poblaciones. Dejaré que él explique, si quiere, qué locura le llevó a hacerlo; a mí me llevó algo que leí "de joven". Un artículo en PCManía, temas Informágicos, trataba sobre dinámica poblacional como ejemplo de sistema caótico ordenado. Un programilla en BASIC me permitía jugar con los parámetros de la ecuación logística. Como la suerte favorece a la mente preparada, a mí me llevó un montón de años lograr que una idea que me rondaba por la cabeza llegase a realizarse. Lo logré cuando descubrí (gracias a Mazo) que en el Excel se pueden generar funciones recursivas. La idea era simular el destino de dos poblaciones simpátricas pero con distinta tasa de reproducción. El resultado, el de prever.
El caso es que nos metimos a simular escenarios de genética evolutiva, incluyendo el destino del mutante solitario. Especialmente éste, debería añadir, puesto que el punto que tratabamos de demostrar en una discusión de aquella época era qué posibilidades tenía un "monstruo prometedor" de generar una nueva especie. En circunstancias "normales", las esperanzas del pobre monstruo son bien pocas...
¿Qué es necesario para conseguir que el nuevo alelo alcance una frecuencia estable (y significativa) en la población? En primer lugar, partimos de un único individuo heterocigoto (toda mutación nueva aparece primero en un heterocigoto, por definición). El heterocigoto trata de reproducirse y para ello necesita una pareja, que evidentemente será homo-normal, así que su descendencia será homo-normal y hetrocigota, al 50%. Suponiendo emparejamiento aleatorio, hasta que se alcance una "masa crítica", los heterocigotos se emparejarán siempre con homo-normales, por lo que no se producen homo-mutantes hasta rebasado el umbral a partir del cual ya es posible que por azar se produzcan cruzamientos entre heteros. Es decir, desde que aparece la mutación hasta que aparece el primer homo-mutante, tienen que transcurrir un número de generaciones, y en el transcurso la mutación tiene que apañárselas para sobrevivir en heterocigosis, cosa nada fácil debido a la alta mortalidad. De hecho, la teoría y las simulaciones predicen que el destino de la mutación es la desaparición. En realidad la teoría clásica dice que siempre habrá un heterocigoto en la población, pero si tenemos en cuenta parámetros "reales" (tamaño finito, frecuencias múltiplo de 1/N) entonces de hecho sí que desaparece, tarde o temprano. Miento, en muy raras ocasiones, por puro azar (efecto de muestreo inevitable en poblaciones de tamaño finito, más cuanto más pequeñas) el alelo puede llegar a fijarse.
Sin embargo, la selección puede echar una mano. En el freno selectivo argumenté que la selección en realidad acelera la fijación de los mutantes beneficiosos, y aquí me extenderé un poco más. Ya he mencionado que por efecto de muestreo las frecuencias varían aleatoriamente (la ley de Hardy Weinberg o de constancia de las frecuencias alélicas se mantiene de manera estadística: la frecuencia de poblaciones (o repeticiones) en las que se fija el mutante es igual a la frecuencia alélica inicial (1/N); necesitamos N repeticiones para "asegurarnos" que se fije en al menos 1 población). Así pues, es posible que en una "racha de buena suerte" la frecuencia de heterocigotos aumente hasta llegar al umbral crítico en que homo-mutantes empiezan a aparecer. Y entonces la selección puede favorecerlos y luchar contra la aleatoriedad reinante. Pero por muy alto que sea el coeficiente de selección favorable, el destino está regido aún por la posibilidad de esa "racha de buena suerte", la ventaja selectiva del mutante no sirve de nada puesto que la "dormancia" en heterocigosis está gobernada por las leyes de la probabilidad. El mutante esperanzado lo tiene de culo.
¿Pero y si los heterocigotos ya presentasen alguna ventaja selectiva? Hay 4 posibles escenarios. Llamemos w a la eficacia biológica, y el subíndice denota a qué genotipo se refiere, (m) homocigoto mutante, (h) heterocigoto, (n) homocigoto normal; wm>wn
1. wm > wh = wn
2. wm > wh > wn
3. wm = wh > wn
4. wm < wh > wn
El primero ya lo hemos comentado, el heterocigoto no tiene ventaja selectiva, sólo el homo-mutante. El siguiente es que el heterocigoto tenga cierta ventaja selectiva, aunque inferior al homo-mutante (herencia incompleta, codominancia, como lo querais llamar). El tercero es el caso de que el heterocigoto tenga la misma eficacia que el homo-mutante (herencia dominante). El último es el caso más extremo, el de la heterosis o superioridad del heterocigoto (el ejemplo clásico de la anemia falciforme y la HbS). Cuanto mayor la eficacia biológica del heterocigoto, más rápido se extiende la mutación. De aquí Mazo concluye que a no ser que haya selección a favor del heterocigoto (en cualquiera de las tres formas posibles), el mutante no tiene mucho futuro.
Pero no es lo único posible. La primera posibilidad es el incesto. El heterocigoto inicial tiene descendencia mixta; si se aparean entre ellos, desde la F2 pueden aparecer homo-mutantes. Claro, la consanguineidad aumenta, pero hay distintos grados de 'inbreeding'. En la naturaleza en pocas ocasiones se produce panmixia sino preferencia por la vecindad. Si la especie no tiene mucha movilidad, entonces la familia se mantiene en una misma localidad, con lo que a lo largo de las generaciones el alelo se distribuye localmente y aumenta (localmente) la probabilidad de que aparezcan homo-mutantes.
La segunda posibilidad es el "assortative mating": los individuos no se aparean al azar sino que tienen preferencias. Si imaginamos un individuo capaz de distinguir a los que portan el alelo mutante (para bien o para mal) y decidir su pareja en función, entonces las probabilidades de que los heterocigotos se encuentren aumentan y por lo tanto los homocigotos aparecen antes.
La segunda posibilidad es la que me gusta más puesto que, aún sin beneficio selectivo, es capaz de producir dos "poblaciones" que coexistan ¡o se sustituyan! La combinación de apareamiento no aleatorio (inbreeding o assortative mating) y selección positiva es suficientemente poderosa como para vencer el efecto estadístico del muestreo y lograr que, al final, el mutante solitario sea un mutante esperanzado.
