Desde Darwin sabemos que la vida se abre camino gracias a la evolución. Pero, ¿cómo ocurre exactamente la evolución, en toda su grandeza, misterio y complejidad? Durante el siglo pasado, los científicos han asumido que las mutaciones ocurren por accidentes en el genoma y que la selección natural, o la supervivencia del más apto, favorece los accidentes beneficiosos. La acumulación de estos supuestos accidentes genéticos bajo la selección natural durante milenios conduce, a su vez, a adaptaciones, desde el ojo agudo del halcón hasta el sistema cardiovascular humano.
Aunque está ampliamente difundida y aceptada entre la comunidad científica, esta visión siempre ha dejado abiertas preguntas fundamentales, como el problema de la complejidad. ¿Puede la acumulación secuencial de pequeños cambios aleatorios, cada uno beneficioso por sí mismo, conducir dentro del lapso de tiempo disponible a la evolución de adaptaciones tan asombrosamente complejas e impresionantes como las que vemos a nuestro alrededor en la naturaleza, como los ojos, el cerebro o las alas, donde las partes complementarias se entrelazan en un todo complejo? La única alternativa a nivel fundamental concebida hasta ahora consistía en variantes del lamarckismo: la idea de que los organismos pueden responder de alguna manera directamente a su entorno inmediato con cambios genéticos beneficiosos. Dado que el lamarckismo no ha funcionado en general, la noción de mutación aleatoria ha seguido siendo la opinión predominante.
Un nuevo estudio, realizado por un equipo de investigadores de Israel y Ghana, ha aportado la primera evidencia de mutación no aleatoria en genes humanos, desafiando una suposición central en el corazón de la teoría evolutiva al mostrar una respuesta mutacional direccional a largo plazo a la presión ambiental. Utilizando un método novedoso, los investigadores dirigidos por el profesor Adi Livnat de la Universidad de Haifa demostraron que la tasa de generación de la mutación HbS, que protege contra la malaria, es mayor en las personas de África, donde la malaria es endémica, que en las personas de Europa donde lleva más de un siglo 'erradicada'.
Los resultados, publicados en la revista Genome Research, muestran que la mutación de HbS no se genera al azar, sino que se origina "preferentemente en el gen y en la población donde tiene una importancia adaptativa”, comenta Livnat. A diferencia de otros hallazgos sobre el origen de mutaciones, esta respuesta específica de mutación a una presión ambiental específica no puede explicarse mediante teorías tradicionales. “Presumimos que la evolución está influenciada por dos fuentes de información: la información externa, que es la selección natural, y la información interna, que se acumula en el genoma a través de las generaciones e impacta en el origen de las mutaciones”, apunta Livnat.
Para distinguir entre la mutación aleatoria y la explicación de la selección natural y la posibilidad de que la mutación no aleatoria sea importante, Livnat y su equipo desarrollaron un nuevo método para detectar mutaciones de novo, es decir, aquellas que surgen "de repente” en la descendencia sin ser heredadas de ninguno de los padres. Luego aplicaron dicho método para examinar la aparición de la mutación de la hemoglobina S humana (HbS), que brinda protección contra la malaria a las personas con una copia, pero causa anemia de células falciformes (un trastorno hereditario de los glóbulos rojos en el que no hay suficientes glóbulos rojos sanos para transportar el oxígeno por todo el cuerpo) en las que tienen dos.
Podría decirse que la malaria en sí misma, una enfermedad de la sangre transmitida por vectores, ha sido la presión de selección más fuerte que ha actuado sobre los humanos en los últimos 10.000 años, causando a menudo más de un millón de muertes al año en África en el pasado reciente. La HbS también se usa como un ejemplo central de mutación aleatoria y selección natural en la evolución: durante mucho tiempo se supuso que surgió accidentalmente en un individuo en el África subsahariana y luego se propagó dentro de África a través de la selección natural hasta que se equilibraron sus beneficios de protección contra la malaria por sus costos asociados a la citada anemia de células falciformes.
Al examinar el origen de novo de HbS, Livnat descubrió que nada tiene de azarosa, pues, contrariamente a las expectativas ampliamente aceptadas, los resultados respaldaron el patrón no aleatorio. La mutación HbS se originó de novo mucho más rápido de lo esperado no solo para una mutación aleatoria, sino también en la propia población objeto de estudio (africanos subsaharianos en comparación con los europeos) y en el gen (en la beta-globina en comparación con el control delta) donde tiene importancia adaptativa. Estos resultados dan un vuelco al concepto tradicional de mutación aleatoria y selección natural, convirtiéndolo en un ejemplo de una mutación no aleatoria pero no lamarckiana.
“Las mutaciones desafían el pensamiento tradicional. Los resultados sugieren que la información compleja que se acumula en el genoma a través de las generaciones afecta a la mutación y, por lo tanto, las tasas de origen específicas de la mutación pueden responder a largo plazo a presiones ambientales específicas”, indica Livnat. Estudios previos, motivados por el lamarckismo, solo probaron una respuesta mutacional inmediata a las presiones ambientales. “Después de todo, las mutaciones pueden generarse de forma no aleatoria en la evolución, pero no en la forma previamente concebida. Debemos estudiar la información interna y cómo afecta la mutación, ya que abre la puerta a que la evolución sea un proceso mucho más complejo de lo que se concebía anteriormente”.
Hasta ahora, los investigadores se han visto limitados por la tecnología a medir las tasas de mutación como promedios en muchas posiciones del genoma. Superando esta barrera, el nuevo método desarrollado por Livnat y Melamed permitió que la mutación HbS fuera la primera en medir su tasa de origen específica de la mutación, abriendo nuevas perspectivas para los estudios sobre el origen de la mutación. Estos estudios tienen el potencial de afectar no solo nuestra comprensión fundamental de la evolución, sino también nuestra comprensión de las enfermedades causadas por mutaciones, a saber, las enfermedades genéticas y el cáncer.
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