Nuevas evidencias desafían la teoría de la evolución tradicional

Durante décadas, muchos biólogos evolutivos sostuvieron que la mayoría de los cambios genéticos que moldean genes y proteínas son neutros. Según esta perspectiva, las mutaciones suelen ser ni útiles ni perjudiciales, permitiendo que se propaguen sin ser favorecidas o rechazadas por la selección natural.

Sin embargo, un nuevo estudio de la Universidad de Michigan desafió esta suposición y sugirió que la evolución podría funcionar de manera muy diferente a lo que se pensaba anteriormente.

Repensando la Teoría Neutral de la Evolución

A medida que las especies evolucionan, surgen mutaciones genéticas aleatorias. Algunas de estas mutaciones se fijan, lo que significa que se propagan hasta que cada individuo en una población lleva el cambio. La Teoría Neutral de la Evolución Molecular sostiene que la mayoría de las mutaciones que alcanzan esta etapa son neutras. Las mutaciones perjudiciales son rápidamente eliminadas, mientras que las útiles se asumen como extremadamente raras, explicó el biólogo evolutivo Jianzhi Zhang.

Zhang y su equipo se propusieron probar si esta idea se sostiene al ser examinada más de cerca. Sus resultados señalaron un problema importante. Los investigadores encontraron que las mutaciones beneficiosas ocurren con mucha más frecuencia de lo que permite la Teoría Neutral. Al mismo tiempo, observaron que la tasa general a la que las mutaciones se fijan en las poblaciones es mucho más baja de lo que se esperaría si tantas mutaciones útiles estuvieran tomando fuerza.

Por qué las Mutaciones Beneficiosas a Menudo No Duran

Para explicar esta contradicción, el equipo propuso una nueva explicación basada en el cambio ambiental. Una mutación que proporciona una ventaja en un entorno puede volverse perjudicial una vez que las condiciones cambian. Dado que los entornos cambian con frecuencia, muchas mutaciones beneficiosas nunca se propagan lo suficiente como para fijarse.

El estudio, que recibió apoyo de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU., fue publicado en Nature Ecology and Evolution.

"Estamos diciendo que el resultado fue neutro, pero el proceso no fue neutro", afirmó Zhang, profesor de ecología y biología evolutiva en la U-M. "Nuestro modelo sugiere que las poblaciones naturales no están realmente adaptadas a sus entornos porque los entornos cambian muy rápidamente, y las poblaciones siempre están persiguiendo el entorno."

Zhang denominó a este marco Seguimiento Adaptativo con Pleiotropía Antagónica. Esta idea ayuda a explicar por qué los organismos rara vez están perfectamente adaptados a su entorno.

Qué Significa Esto para los Humanos y Otras Especies

Zhang considera que los hallazgos tienen implicaciones de gran alcance, incluso para los humanos. Los entornos modernos difieren drásticamente de aquellos que experimentaron nuestros ancestros, lo que puede ayudar a explicar por qué ciertos rasgos genéticos ya no nos sirven tan bien como antes.

"Creo que esto tiene amplias implicaciones. Por ejemplo, los humanos. Nuestro entorno ha cambiado tanto, y nuestros genes pueden no ser los mejores para el entorno actual porque pasamos por muchos otros entornos diferentes. Algunas mutaciones pueden ser beneficiosas en nuestros antiguos entornos, pero están desajustadas para hoy", comentó Zhang.

Agregó que cuán bien adaptada está una población depende de cuán recientemente ha cambiado su entorno.

"En cualquier momento en que se observe una población natural, dependiendo de cuándo fue la última vez que el entorno tuvo un gran cambio, la población puede estar muy mal adaptada o relativamente bien adaptada. Pero probablemente nunca veremos ninguna población que esté completamente adaptada a su entorno, porque una adaptación completa tomaría más tiempo del que casi cualquier entorno natural puede permanecer constante."

Cómo Estudiaron los Científicos las Mutaciones Beneficiosas

La Teoría Neutral de la Evolución Molecular fue introducida en la década de 1960, cuando los avances en la secuenciación de proteínas y genes permitieron a los científicos estudiar la evolución a nivel molecular en lugar de centrarse solo en rasgos físicos como la forma y la estructura.

Para medir con qué frecuencia ocurren las mutaciones beneficiosas, Zhang y su equipo analizaron grandes conjuntos de datos de escaneo mutacional profundo generados por su propio laboratorio y otros. En estos experimentos, los investigadores crearon deliberadamente muchas mutaciones diferentes dentro de un solo gen o sección del genoma en organismos como levaduras y E. coli.

Luego, rastrearon estos organismos a lo largo de muchas generaciones y compararon su crecimiento con el tipo salvaje, o la forma más común encontrada en la naturaleza. Al medir las diferencias de crecimiento, los investigadores pudieron estimar si una mutación ayudaba o perjudicaba al organismo.

Los resultados mostraron que más del 1% de las mutaciones eran beneficiosas. Esta tasa es mucho más alta de lo que predice la Teoría Neutral. Si todas esas mutaciones útiles se fijaran, casi todos los cambios genéticos serían beneficiosos y la evolución avanzaría mucho más rápido de lo que los científicos realmente observan. Esa realización llevó al equipo a cuestionar la suposición de que los entornos permanecen constantes a lo largo del tiempo.

Probando la Evolución en Entornos Cambiantes

Para explorar los efectos de los cambios ambientales, los investigadores estudiaron dos grupos de levaduras. Un grupo evolucionó en un entorno estable durante 800 generaciones (cada generación duró 3 horas). El segundo grupo evolucionó durante el mismo número de generaciones, pero en un entorno cambiante compuesto por 10 tipos diferentes de medios, o soluciones de crecimiento. Cada medio se utilizó durante 80 generaciones antes de cambiar al siguiente.

Las levaduras expuestas a condiciones cambiantes mostraron muchas menos mutaciones beneficiosas establecidas que aquellas en el entorno estable. Incluso cuando aparecieron mutaciones ventajosas, rara vez duraron lo suficiente como para propagarse antes de que las condiciones cambiaran nuevamente.

"Aquí es donde proviene la inconsistencia. Si bien observamos muchas mutaciones beneficiosas en un entorno dado, esas mutaciones beneficiosas no tienen la oportunidad de fijarse porque, a medida que su frecuencia aumenta a un cierto nivel, el entorno cambia", dijo Zhang. "Esas mutaciones beneficiosas en el antiguo entorno podrían volverse perjudiciales en el nuevo entorno."

Límites y Próximos Pasos

Zhang advirtió que el estudio se centró en levaduras y E. coli, organismos unicelulares donde los efectos de las mutaciones son más fáciles de medir. Se necesitarán datos de organismos multicelulares para determinar si los mismos patrones se aplican a formas de vida más complejas, incluidos los humanos.

El equipo de investigación ahora planea estudios de seguimiento para comprender mejor por qué lleva tanto tiempo a los organismos adaptarse completamente, incluso cuando las condiciones ambientales permanecen estables.

Otros autores del estudio incluyen a los exestudiantes graduados de U-M Siliang Song y Xukang Shen, y a la exinvestigadora postdoctoral de U-M Piaopiao Chen.

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