Bueno, ahora algo de ciencia para terminar el día (y si el teléfono no me distrae más ni me da por hacer más tests de personalidad). Evolución para más señas, que es de lo que se supone va este blog, aunque a veces no lo parezca.
Todos1 conocemos cómo funciona esto de la evolución: un genotipo produce un fenotipo dado, este genotipo sufre una mutación y el fenotipo producido es diferente. Esta diferencia puede afectar (postiva o negativamente) la eficacia biológica del individuo y por lo tanto se inicia un proceso de selección natural.
Si analizamos la simplísima versión que he presentado, veremos que parte de algo que ya existe (y por tanto tiene cierto estado de adaptación; es un producto de evolución anterior). Este algo, si recordamos que nos estamos refiriendo a seres vivos, es un algo bastante complejo, compuesto de multitud de componentes cuya interacción es sumamente precisa. Hoy día, sobre todo desde que tenemos internet, es algo común hablar de la robustez de una red, entendiendo por esto la capacidad de la red para mantenerse íntegra a pesar de producir cambios en un nodo (por ejemplo que se caiga tal o cual servidor o que se queme tal estación eléctrica sin que ni internet colapse ni Madrid se quede a oscuras).
Este es un argumento a menudo esgrimido por los abogados del creacionismo. Dicen (con cierta razón) que cambiar algo que funciona lo más probable es que sea para que deje de funcionar. ¿Cómo es posible que algo mejore, si los cambios no son dirigidos? El gradualismo viene en nuestra ayuda. Dawkins lo explica mucho mejor en 'El relojero ciego', por ejemplo, pero el meollo matemático se lo debemos a R.A. Fisher. El razonamiento es que cuanto más pequeño sea un cambio, más probable que no sea 'demasiado' negativo. Esto tan aparentemente sencillo es de una transcendencia fundamental. Podríamos por ejemplo comentar que lo de 'demasiado' depende del tamaño poblacional y que por aquí se abre la puerta al maravilloso mundo de la teoría del neutralismo. Pero ahora estamos aquí para explorar otro camino, el del tamaño mínimo posible de una mutación.
Imaginemos un gen, que codifica para una proteína. Una mutación no sinónima2 en un nucleótido de la secuencia de este gen produce un cambio en la secuencia de aminoácidos de la proteína. Este cambio afecta a la estructura y propiedades fisicoquímicas de la proteína. No todos los aminoácidos de una proteína son igual de importantes para la función de la misma (de hecho podemos construir mapas de eficacia biológica para cada aminoácido, al menos en teoría, obsrevando picos selectivos para los más importantes), podemos tener por ejemplo un aminoácido con un grupo SH (cisteína) que reacciona covalentemente con el equivalente de otra proteína, formando un enlace entre ambas. Si el aminoácido que cambia es ése, pongamos que a tirosina, esta propiedad se pierde por completo. Aquí no hay gradualismo posible, hemos llegado al terreno de los cambios cualitativos.
O eso parece. ¿Qué pasa si otro aminoácido en la misma proteína, digamos una glicina que estaba ahí como quien no quiere la cosa, muta a cisteína? Probablemente la proteína con dos cisteínas habrá cambiado cuantitativamente sus propiedades fisicoquímicas (se podrá unir con más proteínas, o formar entramados más fijos), pero también posibilita que la primera cisteína mute ahora. El resultado, después de dos mutaciones "compensatorias", es una proteína equivalente, con la cisteína en otro sitio, que sólo ha modificado ligeramente su capacidad de unirse a otras proteínas, pero a nivel de secuencia, un cambio que parecía imposible por sí solo, se ha producido al cambiarse también otro aminoácido.
Cuando el fenotipo resultante de una mutación depende del genotipo de otro locus (sitio del genoma, sea otro gen o tan sólo otro nucleótido) se llama epistasia. Las relaciones epistáticas pueden ir desde el ejemplo imaginario de las dos posiciones de cisteína en una misma proteína hasta involucrar multitud de genes de una red genética. La epistasia es la razón por la que la herencia de las mutaciones fenotípicas a veces parece no seguir las leyes de Mendel (bueno, es una de las razones). Más concretamente, es el motivo por el cual los fenotipos siempre deben referirse a genotipos enteros, no sólo a un gen particular: el mismo alelo de ese gen, en otro ambiente genotípico distinto, por sus interacciones epistáticas, puede producir un fenotipo diferente. En este pecado caen los gen-centristas (incluso Dawkins alguna que otra vez) más a menudo de lo que uno podría esperar. Y eso que ya S. Wright ya propuso que la evolución debía entenderse mejor como coevolución de genotipos enteros.
El caso es que establecer la relevancia de este tipo de evolución por mutaciones compensatorias es algo difícil, o al menos lo era hasta ahora. Esta semana ha salido en Science un artículo3 que presenta un estudio hecho en dos especies de Drosophila a escala genómica. Los resultados, algo sorprendentes para algunos; para otros la confirmación que estaban esperando. Las mutaciones compensatorias no sólo son posibles, sino que son frecuentes. De éste y otros estudios (ver bibliografía del artículo) se deduce que al menos el 10% de los alelos negativos en una especie son el más común en otra especie emparentada, implicando la existencia de mutaciones compensatorias adicionales que expliquen la diferencia (sin menoscabo de la eficacia biológica; e implicando que la frecuencia de alelos compensados puede ser mayor si se tienen en cuenta los casos de polimorfismo).
No sólo es evidente que es posible la evolución por mutación a pesar de la complejidad de las interacciones sino que además parece claro que es esta complejidad de interacciones, esta rampante epistasia, la que lo permite.
1. El que no, que lo diga sin miedo, que ya veremos qué puede hacerse para remediarlo :-)
2. Es que también las hay sinónimas, que no producen cambios en la secuencia aminoacídica del polipéptido codificado
3. Rob J. Kulathinal, Brian R. Bettencourt, Daniel L. Hartl Compensated Deleterious Mutations in Insect Genomes Science, Vol 306, Issue 5701, 1553-1554, 26 November 2004
Todos1 conocemos cómo funciona esto de la evolución: un genotipo produce un fenotipo dado, este genotipo sufre una mutación y el fenotipo producido es diferente. Esta diferencia puede afectar (postiva o negativamente) la eficacia biológica del individuo y por lo tanto se inicia un proceso de selección natural.
Si analizamos la simplísima versión que he presentado, veremos que parte de algo que ya existe (y por tanto tiene cierto estado de adaptación; es un producto de evolución anterior). Este algo, si recordamos que nos estamos refiriendo a seres vivos, es un algo bastante complejo, compuesto de multitud de componentes cuya interacción es sumamente precisa. Hoy día, sobre todo desde que tenemos internet, es algo común hablar de la robustez de una red, entendiendo por esto la capacidad de la red para mantenerse íntegra a pesar de producir cambios en un nodo (por ejemplo que se caiga tal o cual servidor o que se queme tal estación eléctrica sin que ni internet colapse ni Madrid se quede a oscuras).
Este es un argumento a menudo esgrimido por los abogados del creacionismo. Dicen (con cierta razón) que cambiar algo que funciona lo más probable es que sea para que deje de funcionar. ¿Cómo es posible que algo mejore, si los cambios no son dirigidos? El gradualismo viene en nuestra ayuda. Dawkins lo explica mucho mejor en 'El relojero ciego', por ejemplo, pero el meollo matemático se lo debemos a R.A. Fisher. El razonamiento es que cuanto más pequeño sea un cambio, más probable que no sea 'demasiado' negativo. Esto tan aparentemente sencillo es de una transcendencia fundamental. Podríamos por ejemplo comentar que lo de 'demasiado' depende del tamaño poblacional y que por aquí se abre la puerta al maravilloso mundo de la teoría del neutralismo. Pero ahora estamos aquí para explorar otro camino, el del tamaño mínimo posible de una mutación.
Imaginemos un gen, que codifica para una proteína. Una mutación no sinónima2 en un nucleótido de la secuencia de este gen produce un cambio en la secuencia de aminoácidos de la proteína. Este cambio afecta a la estructura y propiedades fisicoquímicas de la proteína. No todos los aminoácidos de una proteína son igual de importantes para la función de la misma (de hecho podemos construir mapas de eficacia biológica para cada aminoácido, al menos en teoría, obsrevando picos selectivos para los más importantes), podemos tener por ejemplo un aminoácido con un grupo SH (cisteína) que reacciona covalentemente con el equivalente de otra proteína, formando un enlace entre ambas. Si el aminoácido que cambia es ése, pongamos que a tirosina, esta propiedad se pierde por completo. Aquí no hay gradualismo posible, hemos llegado al terreno de los cambios cualitativos.
O eso parece. ¿Qué pasa si otro aminoácido en la misma proteína, digamos una glicina que estaba ahí como quien no quiere la cosa, muta a cisteína? Probablemente la proteína con dos cisteínas habrá cambiado cuantitativamente sus propiedades fisicoquímicas (se podrá unir con más proteínas, o formar entramados más fijos), pero también posibilita que la primera cisteína mute ahora. El resultado, después de dos mutaciones "compensatorias", es una proteína equivalente, con la cisteína en otro sitio, que sólo ha modificado ligeramente su capacidad de unirse a otras proteínas, pero a nivel de secuencia, un cambio que parecía imposible por sí solo, se ha producido al cambiarse también otro aminoácido.
Cuando el fenotipo resultante de una mutación depende del genotipo de otro locus (sitio del genoma, sea otro gen o tan sólo otro nucleótido) se llama epistasia. Las relaciones epistáticas pueden ir desde el ejemplo imaginario de las dos posiciones de cisteína en una misma proteína hasta involucrar multitud de genes de una red genética. La epistasia es la razón por la que la herencia de las mutaciones fenotípicas a veces parece no seguir las leyes de Mendel (bueno, es una de las razones). Más concretamente, es el motivo por el cual los fenotipos siempre deben referirse a genotipos enteros, no sólo a un gen particular: el mismo alelo de ese gen, en otro ambiente genotípico distinto, por sus interacciones epistáticas, puede producir un fenotipo diferente. En este pecado caen los gen-centristas (incluso Dawkins alguna que otra vez) más a menudo de lo que uno podría esperar. Y eso que ya S. Wright ya propuso que la evolución debía entenderse mejor como coevolución de genotipos enteros.
El caso es que establecer la relevancia de este tipo de evolución por mutaciones compensatorias es algo difícil, o al menos lo era hasta ahora. Esta semana ha salido en Science un artículo3 que presenta un estudio hecho en dos especies de Drosophila a escala genómica. Los resultados, algo sorprendentes para algunos; para otros la confirmación que estaban esperando. Las mutaciones compensatorias no sólo son posibles, sino que son frecuentes. De éste y otros estudios (ver bibliografía del artículo) se deduce que al menos el 10% de los alelos negativos en una especie son el más común en otra especie emparentada, implicando la existencia de mutaciones compensatorias adicionales que expliquen la diferencia (sin menoscabo de la eficacia biológica; e implicando que la frecuencia de alelos compensados puede ser mayor si se tienen en cuenta los casos de polimorfismo).
No sólo es evidente que es posible la evolución por mutación a pesar de la complejidad de las interacciones sino que además parece claro que es esta complejidad de interacciones, esta rampante epistasia, la que lo permite.
1. El que no, que lo diga sin miedo, que ya veremos qué puede hacerse para remediarlo :-)
2. Es que también las hay sinónimas, que no producen cambios en la secuencia aminoacídica del polipéptido codificado
3. Rob J. Kulathinal, Brian R. Bettencourt, Daniel L. Hartl Compensated Deleterious Mutations in Insect Genomes Science, Vol 306, Issue 5701, 1553-1554, 26 November 2004
