NeoFronteras

Aplican un modelo teórico al experimento bacteriano de 40.000 generaciones encontrado pruebas a favor de la evolución neutra. Las especies podrían seguir evolucionando aunque esto no se traduzca a una mejora de la adaptación.

Investigadores de la Universidad de Pennsylvania han desarrollado un modelo teórico que proporciona una mejor comprensión de la evolución y determina cómo de rápido una especie evolucionará a partir de un catálogo de “límites de velocidad de evolución”. El modelo proporciona predicciones cuantitativas a la velocidad de evolución sobre varios “perfiles de adaptación”, dinámica y condiciones varias bajo las cuales las bacterias, virus e incluso humanos se adaptan al medio.
Una importante conclusión del trabajo es que algunas especies, posiblemente incluyendo los humanos, continúan evolucionando aunque esto no se traduzca en un aumento de la adaptación. Además, una población puede acumular mutaciones a un ritmo constante (un patrón largamente considerado la antesala de la evolución «neutra» no darwiniana) incluso cuando las mutaciones sufren una selección darwiniana.
Mientas se conoce bastante acerca de los aspectos cualitativos de la teoría evolutiva, esto es, que los organismos sufren mutaciones y estas mutaciones son seleccionadas por el ambiente y gradualmente absorbidas por la población, muy poco se conoce acerca de cómo o cómo de rápido esto se consigue.
La información sobre la evolución entre generaciones consecutivas es difícil de conseguir, y esta falta de conocimiento tiene implicaciones en el mundo real. Las autoridades sanitarias podrían tener más facilidades a la hora de preparar las vacunas o combatir mejor la resistencia a los antibióticos si entendieran los límites de velocidad de la evolución de virus y bacterias, como por ejemplo del virus de la gripe o del bacilo de la tuberculosis.
Estos investigadores de la Universidad de Pennsylvania presentan una teoría sobre cómo la adaptación de una población aumentará en el transcurso del tiempo para un total de 14 tipos de perfiles o «límites de velocidad» que describen las consecuencias de las mutaciones genéticas disponibles. Estas categorías determinan la velocidad y el patrón de evolución, prediciendo la adaptación promedio de la población y el número de mutaciones beneficiosas acumuladas, que se espera aumenten en el tiempo.
Los investigadores comparan esta teoría con los datos de dos décadas de estudio sobre E. coli para así investigar cómo evolucionan las bacterias. Organismos cuya simpleza y ritmo de reproducción rápido ha permitido estudiar 40.000 generaciones hasta el día de hoy. Un artículo sobre este experimento fue publicado en NeoFronteras recientemente.
“Nos preguntamos, cualitativamente, cómo la adaptación de una población aumentará en el tiempo según las mutaciones beneficiosas se acumulen”, dice Joshua B. Plotkin, investigador principal y profesor en el departamento de Biología. Su investigación se centra sobre la evolución a escala molecular.
“Esto fue un intento de proporcionar un marco teórico para así estudiar ritmos en la evolución molecular”, afirma Sergey Kryazhimskiy, también del mismo departamento. “Aplicamos esta teoría para inferir el perfil de adaptación subyacente de las bacterias, usando datos de un experimento a largo plazo.”
Para algunos perfiles teóricos concebibles, se espera que los niveles de adaptación aumenten exponencialmente por siempre debido de un aporte inagotable de mutaciones beneficiosas. Pero en un perfil más realista el ritmo de las sustituciones adaptativas (mutaciones que mejoran la adaptación del organismo) finalmente perderá fuerza, dando lugar a un crecimiento en la adaptación sub-lineal. En algunos de estos perfiles, la adaptación terminará por nivelarse y los organismos dejarán de adaptarse, aunque las mutaciones continúen acumulándose.
Se ha observado, por ejemplo, que E. coli aumentó en ese experimento su ritmo de división celular en un 40% durante esas 40.000 generaciones. Inicialmente, la adaptación de las bacterias aumentó rápidamente, pero finalmente se niveló. Estos datos han permitido a los investigadores inferir que las mutaciones tempranas, aunque confieran grandes efectos beneficiosos, además reducen los efectos beneficiosos de las mutaciones siguientes.
Según el estudio, la adaptación de una población y las trayectorias de sustitución (las mutaciones adquiridas para alcanzar un mayor grado de adaptación) no dependen de una distribución completa de la adaptación de las mutaciones disponibles, sino de la probabilidad esperada fija y del incremento esperado de adaptación de mutaciones. Esta observación matemática simplifica grandemente las posibles trayectorias de evolución en 14 categorías distintas.
Los investigadores demuestran que las trayectorias de sustitución lineales que significan un ritmo constante de acumulación de mutaciones, consideradas durante mucho tiempo la antesala de la evolución neutra, pueden surgir incluso cuando las mutaciones son fuertemente beneficiosas. El resultado proporciona las bases para una comprensión de las dinámicas de adaptación y permite inferir propiedades del perfil de adaptación de los organismos en experimentos de larga duración. Aplicando estos métodos a datos procedentes de experimentos bacterianos permitió a estos investigadores caracterizar las relaciones evolutivas entre las mutaciones beneficiosas en el genoma de E. coli.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original (en abierto).
Foto cabecera: Gráfica no relacionada con la esta nota procedente de University of North Carolina en Chapel Hill (departmento de Biología). Se supone que representaría de manera abstracta dos poblaciones (en naranja) sobre un perfil de adaptación (en azul).