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La evolución se acelera cuando en necesario


La evolución biológica de los organismos se basa en la existencia de variaciones del ADN de los miembros de una misma especie, que se producen por la aparición de mutaciones o de otros procesos como la recombinación genética. Sobre estas variaciones, que según postula el darwinismo clásico, se producen al azar y de manera relativamente constante en todos los organismos es sobre las cuales actúa posteriormente la selección natural para fijar aquellos cambios que sean adaptativos en la población. Sin embargo, un reciente estudio ha venido a demostrar que los cambios en el ADN de las bacterias no se producen al azar, sino que son muy dependientes de las condiciones ambientales.

En un reciente estudio publicado hace unos días en la prestigiosa revista de libre acceso Plos Biology ¡todo un lujo!, dos científicos australianos han analizado el papel del medio ambiente en la generación de variación en bacterias. Así, los investigadores cultivaron en paralelo bacterias en medios de cultivo completo o con cantidades limitantes de uno de los elementos químicos esenciales para la vida: carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo y hierro, mientras que el resto de nutrientes se mantenía constante. Y después analizaron detalladamente que cambios (mutaciones, recombinaciones, etc.) se habían ido produciendo en cada uno de los cultivos, de tal manera que como indica la siguiente figura

cantidades limitantes de hierro, oxígeno o nitrógeno no modificaban sustancialmente la tasa de mutación en las bacterias, mientras que menores cantidades de carbono y sobre todo de fósforo multiplicaban por 3 o por casi 6 la tasa de mutación en los respectivos cultivos.

Pero lo más llamativo es que cada condición llevaba asociada un conjunto de mutaciones diferente, de tal manera que como indican las siguientes figuras

cada tipo de estrés medioambiental produjo un conjunto único de mutaciones que luego podrían quedar disponibles para una posterior evolución mediante selección natural. Y esto es así, porque las diversas carencias afectan de forma diferencial a la más que compleja maquinaria de reparación del ADN de la bacteria.

Finalmente, si además tenemos en cuenta que en condiciones de estrés, las bacterias y otros organismos pueden captar también material genético exógeno mediante el proceso de transferencia génica horizontal, estudios como este permiten comprender como las condiciones locales de las diversas poblaciones de una determinada especie pueden derivar más o menos rápidamente en caminos evolutivos marcadamente diferentes bajo la presión de diferentes condiciones ambientales.

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  1. Anónimo
    13 junio, 2017 en 16:24

    Y no será más fácil explicar estas observaciones (y otras muchas: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2989722/) “devolviéndole” a las células la capacidad de modificar su propio ADN para guardar la información de las proteínas, que ellas mismas desarrollaron con prueba y error, necesarias para la adaptación al medio.

    Ésta es una explicación mucho más simple que andar a vueltas con “poderes externos” como el azar y la selección natural, que en el fondo tienen efectos idénticos a los dioses de las religiones (algo externo a ti que decide tu destino), solo que encima no les puedes rezar porque nunca te harán caso. 😉

  2. 13 junio, 2017 en 16:37

    Dices: “Ésta es una explicación mucho más simple que andar a vueltas con “poderes externos” como el azar y la selección natural….”

    Sacado del resumen de la publicación que enlazas: “The model that most readily explains the evidence is that cells under stress produce genetic variants continuously and at random, but these variants are immortalized as mutations only if they allow the cell to grow”. ¿Sabes como se traduce “random”?, ¿sabes como al proceso que selecciona a aquellas mutaciones “that allow the cell to grow”?, ¿sabes que en ciencia se suelen tener en cuenta aquellas hipótesis que mejor explican las pruebas (“evidences”) que se poseen?

  3. 13 junio, 2017 en 17:54

    De hecho el artículo que enlaza anónimo es uno de los que proponía allá en los lejanos años 90 del siglo pasado lo que los investigadores australianos acaban de demostrar.

  4. Kamu Syldeck
    14 junio, 2017 en 1:31

    Hola:

    Lo que entiendo es que en la investigación científica posterior a la observación se plantea de preferencia una hipótesis que cruce la simplicidad con la conveniencia. Es decir, la propuesta que sea posible someter a experimentación más sencilla, pero que también permita explicar en forma más amplia y mejor el fenómeno observado.

    Saludos.

  5. Abraham.
    14 junio, 2017 en 12:40

    Es tan interesante que lo que me parece más asombroso es que esto no se haya estudiado antes.

  6. El Cuerno de la Abundancia
    16 junio, 2017 en 19:18

    De hecho, las bacterias gramnegativas pueden codificar información proveniente de un agente externo y producir modificaciones genéticas para mejorar su adaptación, y por medio de fimbrias sexuales, pueden compartir esa información a otra cepa de la misma especie por conjugación y esta última sufrirá cambios genotípicos y fenotípicos sin necesidad de exponerse al agente externo que impulsó el proceso originalmente.

    Presento como fuente de referencia el manual AMIR. Infecciosas y Microbiología, 6ta edición, pág 12. En caso de que yo cometa un error de interpretación de información, agradezco la corrección.

  7. Anónimo
    4 julio, 2017 en 18:52

    Hola Manuel.

    Voy por preguntas 😉

    <>

    Sí, “aleatorio”, manejo el google translator ;p

    <>

    ¿Adaptación dirigida por la célula?

    No me hagas trampas semanticas, Manuel. El uso de las palabras “azar” y “selección natural” en mi comentario tienen el significado clásico empleado en biología: procesos externos a la célula que le obligan a mutar y seleccionan la mutación que mejor se adapta al entorno. Definición que niega la capacidad de la célula de modificar y seleccionar su propio ADN.

    Pero la cita que usas respalda mi argumentación: “cells under stress produce genetic variants continuously and at random”. Es la célula la que tiene mecanismos para mutar “at random”, no es un efecto externo. Curioso término “random” aplicado a una célula cuyo comportamiento se basa fundamentalmente en interacciones de proteínas, regidas por las “leyes de la química”. ¿Sabes qué sistemas muestran resultados aparentemente aleatorios (at random)? Los caóticos deterministas, y curiosamente la vida emplea muchos de esos sistemas, como por ejemplo en patrones de búsqueda (https://www.nature.com/articles/srep23492). Y cuando se aplica en robótica para controlar el movimiento de las patas de una “cucaracha” funciona muy bien (http://www.nature.com/news/2010/100117/full/news.2010.15.html ; https://www.youtube.com/watch?v=IeSIejbzONQ).

    Además, justo antes de tu cita se dice “this process tends to produce only useful mutations, the cells appear to have a mechanism for preventing useless genetic changes from occurring or for eliminating them after they occur”. Nada que ver con el “proceso” de la selección natural externa.

    Si a ti te dijeran que tus investigaciones son producidas al azar (externo a ti) y los resultados que publicas son por selección natural (externa a ti) seguro que no estabas de acuerdo en los términos, algo habrás hecho tú en la investigación. Pues con la célula se está haciendo eso mismo. Ese azar (random) es el efecto de un mecanismo caótico propio de la célula que genera alta variabilidad en las mutaciones (como nuestro sistema de prueba y error, que es lo mejor que hemos encontrado para enfrentar un problema que no sabemos resolver), y es la misma célula la que tiene otros mecanismos para fijar la mutación si es funcional, de otro modo la descarta. Ese escenario no encaja para nada con la visión de la biología mainstream, abanderada por Dawkins, de una célula “estúpida” dejada en manos del destino (azar) para no morir en las garras de la asesina selección natural. Visión a la que yo me oponía.

    <>

    Sabes que eso es bastante falso. En ciencia, las hipótesis aguantan tanto como los “grades científicos” que las defienden. Ya decía Plank que: «Una nueva verdad científica no suele imponerse convenciendo a sus oponentes sino más bien porque sus oponentes desaparecen paulatinamente y (son sustituidos por) una nueva generación familiarizada desde el principio con la (nueva) verdad» (https://es.wikiquote.org/wiki/Max_Planck).

    En el artículo que referencié se citan experimentos y datos (138 referencias en total) desde los años 40 a los 90, con “evidences” que no ancajan con las mutaciones al azar (forzadas por elementos externos a la célula) y la selección natural de la mutación (por elementos externos a la célula). Evidencias que no han producido un gran cambio de enfoque en la biología mainstream. Hasta Delbrück en 1946 tenía dudas: “Commenting on a paper presented by Lwoff in 1946, Delbrück (27) drew a sharp distinction between selection for phage resistance and selection for carbohydrate utilization. He concluded: “In view of our ignorance of the causes and mechanisms of mutations, one should keep in mind the possible occurrence of specifically induced adaptive mutations” (Delbrück M. Heredity and variations in microorganisms. Cold Spring Harbor Symp Quant Biol 1946;11:154., p. 154). Y que no se realice ese cambio de enfoque (o por lo menos no se ponga al nivel del azar y la selección natural) después de plagiar a las bacterias el revolucionario CRISP Cas9, que nos va a permitir editar como queramos el ADN, es de estar muy dogmatizado. ¿La célula tiene todas las herramientas para editar su ADN y no lo hace?

    Parecería que se quiere seguir el camino de los creacionistas y su dios de los huecos, y salvar el azar y selección natural (externas) por cualquier medio. Porque siempre se puede argumentar que gracias al azar y la selección natural las bacterias han conseguido tener su propio sistema de edición de su ADN.

  8. 5 julio, 2017 en 8:00

    Buf, la verdad es que tal como has editado el comentario y, dado el largo tiempo desde mi anterior intervención, me cuesta saber a qué preguntas contestas. Pero bueno como no tengo mucho tiempo sólo apuntaré dos ideas de debate, seguro que alguien se anima a contestar el resto:
    1. Hablas de la selección natural como si fuera una fuerza esotérica. ¿Acaso no existe selección de todas las variaciones (sean génicas o extragénicas) que se generan y sólo algunas prevalecen y otras desaparecen?
    2. El sistema CRISP Cas9 que tantas aplicaciones biotecnológicas está teniendo es un sistema de “autoinmunidad” de algunas bacterias, que puede ir más allá en determinadas condiciones, pero tampoco exageremos, no hemos visto que las bacterias que poseen ese sistema sean capaces de editar hasta el extremo de resistir todos los ambientes que se nos ocurra. No es difícil entender por qué.

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