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Evolución

Teoría en construcción

Un modelo explica de qué manera actúa la selección natural para crear conjuntos de características que varían al unísono

Marcelo CipisCuando una noticia publicada en un periódico contiene la ilustración de un dinosaurio recién  descubierto, quizá cazando en medio de una selva prehistórica, resulta difícil creer que el punto de partida para la reconstrucción del animal haya sido sólo un diente. Pero eso es lo que muchas veces ocurre. Y es posible, en parte, porque las proporciones entre las distintas partes del cuerpo se mantienen bastante fijas en los más diversos organismos, como resultado de una acción en concierto de determinadas características. “La evolución juega con ladrillos y va remodelando la construcción de los seres como si fuese un Lego de la vida”, compara el biólogo Gabriel Marroig, del Instituto de Biociencias de la Universidad de São Paulo (IB-USP).

Su grupo, del Laboratorio de Evolución de Mamíferos, se encuentra abocado a determinar cómo se concreta ese juego mediante la realización de estudios que indican de qué modo pueden transmitirse esos bloques de una generación a otra en distintas especies de animales. Pero el avance más reciente, que, de cierto modo, sirve de fundamento para los restantes proyectos, no se concentró en especies reales: se logró a partir de simulaciones teóricas en computadora. Los resultados de la maestría del biólogo Diogo Melo muestran que, para que surjan esos ladrillos evolutivos que agrupan facciones, es necesario un empujoncito de la selección natural: lo que los evolucionistas denominan selección direccional, según muestra artículo publicado en enero en la revista PNAS.

Genetica_Fapespgenetica2alta copyMarcelo CipisMarroig da como ejemplo la relación estable de tamaño y forma que existe entre la mandíbula y el maxilar, los huesos que sirven de soporte a los dientes inferiores y superiores de la mayoría de los mamíferos, respectivamente. Esos huesos deben ser proporcionales para permitir que el animal obtenga y mastique los alimentos de manera eficiente. Como la función –en este caso, comer– resulta esencial para la supervivencia del organismo, variaciones en el tamaño de una parte provocan necesariamente cambios en la otra. La mandíbula y el maxilar forman así un bloque de construcción. “A no ser que de repente empezase a llover papilla de bebé”, imagina el investigador. “En tal caso, podría ser mejor que el animal tuviera la mandíbula mayor que el maxilar, para recoger sin esfuerzo el alimento que cae del cielo”. Retomando la analogía con el Lego, la evolución debería crear nuevos bloques en lugar de reordenar los que existen.

Pese a ser fantasioso, ese ejemplo se asemeja a la realidad. Así como la forma de las piezas Lego cambia poco, la estructura del cráneo de los mamíferos es sumamente estable. El trabajo del dúo muestra que, cuando existe una presión selectiva fuerte –tal como el cambio en el tipo de alimento disponible y en la forma de obtenerlo–, el módulo se rompe y uno nuevo se afianza en pocas generaciones.

Esta modularidad existe porque la relación entre los genes y las características raramente es tan sencilla como se la aprende en la escuela. En general existe una relación directa entre un gen y una característica. Pero pueden existir variaciones en cualquier dirección que conecten grupos de genes y bloques de características, que serían los módulos.

Genetica_Fapespgenetica3alta copyMarcelo CipisComplejidad
Con las simulaciones en elaboración durante semanas cada una, Melo logró algo que aún no se había hecho en busca de entender cómo surgen esos bloques: crear un escenario en el cual, en el transcurso de 10 mil generaciones, una población es sometida a distintos tipos de selección natural o eximida de presión selectiva. Y lo más importante: esa evolución teórica actúa sobre más de mil genes que determinan una decena de características. “Hasta ahora sólo existían trabajos con dos características”, comenta Melo. Los investigadores resolvieron elaborar un escenario multidimensional, más cercano a la realidad, pese a que esto exigía un esfuerzo computacional increíblemente mayor. Y fue posible porque una cuarta parte de la financiación para el proyecto de Marroig se destinó a la adquisición de un potente servidor para uso compartido con otros científicos.

Al poner a prueba distintos tipos de selección natural, aparte de la situación en que genes aparecen o se pierden al azar (en un proceso conocido como deriva genética) en la población, las simulaciones mostraron que sólo es posible reproducir lo que se ve en la naturaleza mediante una combinación de dos tipos de selección natural: la direccional seguida de la selección estabilizadora. La primera favorece la supervivencia de organismos que presentan una característica ventajosa en un ambiente en alteración: la boca con el mentón proyectado hacia adelante cuando la comida pasa a caer del cielo, por ejemplo. Sólo así surgieron los nuevos bloques de características en las poblaciones ficticias.

No obstante, tras un período en que imperó la selección direccional, la selección estabilizadora entra en escena. Ésta permite que los organismos que preservan una determinada característica a lo largo de las generaciones salgan airosos. Lo que era novedad se convierte entonces en regla.

Pese a ser un experimento realizado en poblaciones simuladas en un programa de computadora, sus conclusiones reproducen los resultados empíricos que Marroig obtuvo en trabajos anteriores, tal como el que explica la evolución del tamaño de los monos hallados en las Américas (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 141), así como en los proyectos actuales del laboratorio.

El trabajo de Melo refuerza la importancia de una idea que suele ser objeto de escasa atención en la biología evolutiva: la epistasia, o el influjo que ejercen algunos genes sobre otros. “La epistasia es el patito feo de la genética y la evolución, pero ahora ha empezado a asumir una importancia central”, afirma Marroig. Este concepto ha venido siendo discutido recién durante los últimos 20 años, tiempo insuficiente como para ganar espacio en los libros didácticos del área. Pero, para Marroig, explica la mayor parte de la variación genética hallada hoy en día en la naturaleza. Y esto tiene sentido: un conjunto de mil genes es limitado si cada uno de ellos afecta a una característica. Pero si el efecto se concreta mediante combinaciones entre las piezas de ese repertorio genético, las posibilidades se vuelven mucho más numerosas. Es por eso que la evolución logra reaccionar en pocas generaciones a los cambios del ambiente, al romper los bloques de construcción y fabricar otros nuevos, más adecuados. “Las cosas no son tan lineales como los biólogos están acostumbrados a imaginar”, concluye el investigador.

Proyecto
La modularidad y sus consecuencias evolutivas (11/14295-7); Modalidad Proyecto Temático; Investigador responsable Gabriel Marroig (USP); Inversión R$ 1.006.189,94 (FAPESP).

Artículo científico
MELO, D. y MARROIG, G. Directional selection can drive the evolution of modularity in complej traits. PNAS. v. 112, n. 2, p. 470-75. 13 ene. 2015.

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