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Evolución “determinista” en tréboles

Ciertas especies de tréboles han evolucionado para no producir cianuro mediante la eliminación completa de genes.

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Stephen Jay Gould fue el que introdujo la idea de que si la película de la historia evolutiva de la Tierra se rebobinara el resultado final iba a ser otro totalmente diferente. En “La vida maravillosa” dice, por ejemplo, que de los 25 planes corporales que aparecieron en la explosión del Cámbrico sólo cuatro sobrevivieron.
No se puede hacer el experimento del rebobinado, pero se puede intentar analizar la variabilidad genética en ciertos seres vivos y ver si se llega a las mismas soluciones. Es decir, si la evolución puede repetirse o no. Esto es lo que ha hecho Ken Olsen (Washington University en St. Louis) al analizar 27 especies distintas de tréboles. La idea era ver si en algunas de estas plantas emparentadas se habían desarrollado evolutivamente algún rasgo de manera independiente y de comprobar los genes responsables y sus posibles mutaciones.
Las plantas no pueden escapar de los depredadores, son víctimas de insectos, de vertebrados herbívoras e incluso de aves. Para evitar esto las plantas generan todo tipo de compuestos, desagradables y/o tóxicos. Básicamente todas las plantas son perjudiciales y los que las comemos o bien nos hemos adaptado a algunos de sus compuestos tóxicos o hemos encontrado las plantas mutantes que no los producen, como ejemplo de esto último está el almendro que da almendras no amargas.
Algunos de estos tréboles estudiados liberan ácido cianhídrico para evitar ser comidas. Este rasgo ha surgido por selección en unos lugares y en otros no, por lo que se da cierto polimorfismo en equilibrio. El rasgo ha surgido de manera independiente en seis de las especies. Se sabe que algunos tréboles liberan cianuro de hidrógeno desde hace más de un siglo y se sabía de este polimorfismo, asunto que ha sido estudiado profusamente.
Aunque tendemos a pensar que ciertos rasgos aparecen evolutivamente al azar y que se pueden dar o no, en este caso de los tréboles hay cierta predisposición a liberar ácido cianhídrico. Estos investigadores han podido demostrar que el mecanismo genético subyacente es, en este caso de los tréboles, el mismo en las distintas especies.
Las plantas de tréboles que no generan cianuro han conseguido eliminar en sus genomas los genes necesarios para ello. No se trata de de genes defectuoso no funcionales, sino que los genes son eliminados totalmente.
En palabras de Olsen, la pregunta es cómo está de limitada la evolución. Cuantas más limitaciones más predecible será, pero a la vez será menos flexible. “Si observas la vida sobre el planeta ves que hay una increíble diversidad de formas de vida y rasgos que tendemos a pensar que cualquier cosa puede aparecer. Pero cuando miramos más detenidamente vemos que hay límites. No hay ninguna especie de vertebrado con seis dedos, por ejemplo, hay cinco o menos”, dice Olsen.
Para poder liberar cianuro de hidrógeno la planta usa una “bomba de cianuro” que activa cuando las células son alteradas. En una vacuola de las células se almacenan moléculas de glucósidos con un grupo cianuro pegado. Un enzima puede separar ese grupo cianuro del resto de la molécula de azúcar si entran en contacto.
Cuando un insecto o un caracol mastica una hoja la enzima libera el cianuro y este se combina con el hidrógeno para producir ácido cianhídrico gaseoso. Esto pretende ahuyentar al atacante. En otras especies de plantas que usan un mecanismo similar el ataque con este gas puede llegar a matar al atacante.
Este tipo de trébol tóxico no crece en todas partes. Así por ejemplo, en Nueva Orleans representa el 85%, mientras que en Wisconsin sólo el 10%. Se cree que en climas fríos hay menos herbívoros que en los cálidos y por eso la variedad tóxica tiende a aparecer en los segundos, pues el gasto metabólico de la liberación de ácido cianhídrico compensa en ese caso.
La bomba de ácido cianhídrico requiere de dos genes localizados en dos partes distintas del genoma del trébol. Uno controla la síntesis de los glucósidos cianogeados y otro codifica la enzima. En las variedades no tóxicas ambos genes están eliminados.
Esta no es la manera normal en la que se producen las variaciones adaptativas. La mayor parte de las veces unas mutaciones al azar cambian uno o dos nucleótidos que fuerzan el cambio de algún aminoácido en la proteína final, lo que altera la función de la misma. Estos cambios son al azar y acumulativos. Pero en este caso desparecen los genes totalmente.
Por alguna razón en el género de los tréboles es fácil conseguir la variación adaptativa mediante la eliminación de genes que por mutaciones elementales.
Olsen especula con que durante un par de meiosis puede que secuencias repetidas de nucleótidos cerca de donde están las secuencias genéticas de las bombas de cianuro se alineen mal y que el intercambio desigual borre o añada trozos completos de ADN dentro del cromosoma. Esto suele ir en detrimento del individuo, pero en determinados casos, como este, puede favorecerlo.
Olsen cree que si la evolución se rebobina no se repetirá la misma secuencia de acontecimientos, pero que cuando más cerca sean las relaciones evolutivas entre especies más predisposición subyacente hará que los mismos rasgos aparezcan repetidamente de la misma manera.
Esta predisposición es análoga a pensar en la metáfora de una figura de origami. Los pliegues del papel harán más fácil reconstruir una figura similar a la original una vez que se haya desplegado. La evolución puede crear nuevos pliegues, pero es más fácil usar los que ya hay.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa. [2]
Artículo original. [3]
Foto: Ken Olsen.