Biología evolutiva · global
¿La evolución no avanza en línea recta? Un nuevo estudio pone bajo presión la teoría de las «mutaciones neutras»
Un equipo de la Universidad de Míchigan plantea que muchas mutaciones quizá fueron ventajosas en algún momento, pero el entorno cambió demasiado rápido y perdieron su ventaja antes de poder fijarse; esto no refuta la teoría de la evolución, sino que vuelve a situar la selección natural en un mundo más inestable.
A menudo se imagina la evolución como una larga ascensión en la que las especies se adaptan gradualmente al entorno, pero el mundo real quizá se parezca más a perseguir un objetivo que se mueve sin cesar. Un estudio de la Universidad de Míchigan cuestiona una visión muy influyente en la evolución molecular: que los cambios genéticos que finalmente se fijan en una población son, en su mayoría, variaciones «neutras», ni perjudiciales ni beneficiosas.
La cuestión toca un marco central de la biología evolutiva desde hace más de medio siglo. La teoría neutral sostiene que, en el nivel de los genes y las proteínas, las mutaciones verdaderamente beneficiosas son escasas; las mutaciones perjudiciales suelen ser eliminadas por la selección natural, mientras que muchas de las diferencias que permanecen se acumulan en las poblaciones por deriva genética. El nuevo estudio no niega los numerosos fenómenos que esta teoría ha explicado, pero señala que quizá haga falta reevaluar una de sus premisas: las mutaciones beneficiosas tal vez no sean tan raras.
El equipo de investigación utilizó datos de escaneo mutacional profundo para analizar el efecto de una gran cantidad de mutaciones sobre el crecimiento en organismos modelo como la levadura y Escherichia coli. Los resultados mostraron que, entre las mutaciones con cambios de aminoácidos examinadas, más del 1% tenía efectos beneficiosos. La proporción parece baja, pero al incorporarla en modelos tradicionales conduce a una predicción excesivamente exagerada: la gran mayoría de las sustituciones de aminoácidos deberían ser cambios adaptativos, y la evolución genética también debería avanzar más rápido de lo que se observa en la naturaleza.
La clave de la contradicción podría estar en que el entorno no espera tranquilamente a que los organismos completen su adaptación. Una mutación que aumenta la aptitud en las condiciones de hoy puede convertirse mañana en una carga. El equipo de investigación denomina esta idea «seguimiento adaptativo con pleiotropía antagonista»: las poblaciones responden continuamente a los cambios ambientales, pero los beneficios y costes de muchas mutaciones pueden invertirse cuando cambia el contexto.
Para poner a prueba esta idea, el equipo hizo evolucionar levaduras durante 800 generaciones en dos escenarios: un grupo se mantuvo en un entorno estable, mientras que otro alternó entre 10 medios de cultivo, con cada condición durante 80 generaciones. Los resultados mostraron que, en el grupo con cambios ambientales, se fijaron menos mutaciones beneficiosas; no porque no aparecieran mutaciones beneficiosas, sino porque las condiciones cambiaban demasiado rápido, de modo que a menudo perdían su ventaja original antes de haberse extendido a toda la población.
Contexto
Este estudio ofrece un modelo para volver a conciliar dos observaciones: en el laboratorio parecen encontrarse bastantes mutaciones beneficiosas, pero las diferencias moleculares de las poblaciones naturales a menudo muestran un patrón cercano a la neutralidad. Si muchas mutaciones fueron beneficiosas en entornos breves, pero después no lograron fijarse por cambios de contexto, ambas observaciones no necesariamente entran en conflicto. En otras palabras, el resultado evolutivo puede parecer neutral, aunque el proceso quizá haya estado impulsado por la selección natural.
Sin embargo, esto todavía requiere una interpretación prudente. Por ahora, las pruebas proceden principalmente de sistemas modelo unicelulares como la levadura y Escherichia coli, y ni el escaneo mutacional profundo ni los cultivos de laboratorio pueden reproducir por completo la compleja ecología de las poblaciones silvestres. La investigación necesitará a continuación más datos de organismos multicelulares, de distintas escalas ambientales y de poblaciones a largo plazo para determinar hasta dónde puede extenderse este marco. Su recordatorio más potente quizá sea que el significado de la variación genética no solo está escrito en la secuencia, sino también en los cambios del tiempo y del entorno.