¿puede la evolución darwiniana explicar el lamarckismo?
si usted tomó una clase de biología de la escuela secundaria, probablemente esté familiarizado con la teoría de la evolución de Jean-Baptiste Lamarck y su énfasis en la» herencia de características adquiridas»: piense en jirafas que estiran su cuello más tiempo para alcanzar las hojas en lo alto de los árboles. En los libros de texto, la teoría de Lamarck se presenta a menudo como un rival de la teoría de la evolución por selección natural de Charles Darwin., La historia simplista es que las dos teorías lucharon en el siglo 19 y que el darwinismo ganó, lo que llevó a la desaparición del lamarckismo y el surgimiento de lo que los biólogos llaman la síntesis moderna.
pero los descubrimientos recientes han exhibido un notable sabor Lamarckiano. Un ejemplo es el sistema CRISPR-Cas, que permite a las bacterias transmitir información sobre los virus que han encontrado a sus crías., También hay ejemplos claros de herencia epigenética transgeneracional, en la que los animales más altos afectados por factores ambientales transmiten cambios genéticos favorables a su descendencia a través de generaciones. Tales mecanismos tienen sentido para nosotros Como diseñadores: un animal debe transmitir, en sus genes, la información que ha ganado sobre el medio ambiente. Tales descubrimientos han provocado el debate sobre la posibilidad de una actualización de la síntesis moderna. ¿Hay un papel para los mecanismos Lamarckianos en la teoría evolutiva moderna?
a nivel de mecanismos específicos, sí., En un nivel más profundo de causas, sin embargo, la respuesta es un rotundo «no» — la selección natural reina suprema. ¿Cómo puede ser eso? La yuxtaposición simplista de Darwin y Lamarck en los cursos de biología elemental es una falsa equivalencia. Si los patrones Lamarckianos de herencia existen, y de hecho son beneficiosos para el organismo (es decir, son adaptaciones evolutivas), entonces la única forma en que podrían haber surgido y mantenerse a lo largo del tiempo evolutivo es mediante la selección natural darwiniana. Simplemente no hay forma de evitarlo., Nuestros rompecabezas para este mes exploran una versión simple de la herencia epigenética transgeneracional y muestran cómo la selección natural a través de múltiples generaciones puede, bajo ciertas condiciones, favorecer a los individuos que poseen tales mecanismos.
primero, recapitulemos las diferencias entre las ideas de Lamarck y Darwin revisitando ese ejemplo frecuentemente citado: el cuello largo de la jirafa. Según Lamarck, la jirafa obtuvo su largo cuello porque sus antepasados estiraron el suyo para comer hojas que estaban fuera de su alcance., Este estiramiento del cuello fue transmitido a su descendencia, a lo largo de generaciones, hasta que alcanzó su longitud actual. Por otro lado, la opinión dominante de Darwinian es que, dentro de los antepasados de la jirafa, había una variación en el tamaño del cuello, como existe en cualquier población. Las jirafas con cuellos más largos tuvieron más éxito en conseguir comida y produjeron más crías de cuello más largo. Cuellos largos fueron así «seleccionados para» en cada generación, alargando gradualmente el cuello de la jirafa en el tiempo evolutivo., La razón por la que ya no creemos en la versión de Lamarck es que el material genético se transmite a la próxima generación a través de las células germinales, y la mayoría de los cambios adquiridos simplemente no influyen en las células germinales; están, en gran medida, aisladas del medio ambiente. Si esto no fuera cierto, los ratones cuyas colas están cortadas durante muchas generaciones, como el científico August Weismann trató de hacer, nacerían sin colas. (¡No lo son!) Además, los varones judíos y musulmanes nacerían sin prepucios. (A pesar de muchas generaciones de Circuncisión, mohels todavía puede ganarse la vida.,)
pero hay una forma obvia de que las células germinales puedan verse afectadas por el medio ambiente — cuando los cambios son causados por la mala salud y son perjudiciales. Las infecciones, las toxinas o simplemente la vejez pueden afectar a las células germinales y producir descendientes que son menos saludables de varias maneras. Realmente no pensamos que esto sea inusual, o que tenga algo que ver con la evolución. Pero, ¿y si los cambios resultaran ser buenos? Un famoso estudio sueco de 300 personas que estuvieron expuestas a hambrunas a principios de 1900, el estudio Överkalix, mostró un resultado notable., La cantidad de suministro de alimentos a la que los abuelos de una persona estuvieron expuestos en sus años pre-puberales tuvo un efecto mensurable en el riesgo cardiovascular de esa persona dos generaciones más tarde. En una asociación específica, se encontró que los hombres que estaban expuestos a un suministro deficiente de alimentos a una edad crítica, dos generaciones más tarde, habían conferido un riesgo mensurablemente menor de muerte cardiovascular a sus nietos. Al parecer, ayuda haber tenido un abuelo paterno que murió de hambre entre las edades de 9 y 12! Se han encontrado cambios similares en experimentos con animales., Por ejemplo, los sobrevivientes de hambrunas entre los gusanos nematodos son más pequeños y menos fértiles que los gusanos normales, pero adquieren una dureza que dura al menos dos generaciones. Además, los científicos también han encontrado que tal transmisión a través de generaciones no ocurre a través de un cambio en la codificación del ADN en los genes en la forma en que la herencia generalmente funciona, sino más bien a través de mecanismos «epigenéticos» como la inactivación de ciertos genes por la Unión de grupos metilo (metilación del ADN) o a través de cambios en la configuración de la proteína que empaqueta el ADN (modificación de histonas)., Estos mecanismos «Lamarckianos» no estándar ciertamente tienen el potencial de conferir cambios buenos o adaptativos a los individuos, y podrían estimular la evolución. Pero, ¿cómo pudieron surgir y cómo se mantienen? Bueno, tiene que ser por variación aleatoria y selección natural darwiniana estándar, por supuesto! Exploremos esto en nuestras preguntas de rompecabezas.
Pregunta 1:
Imagina que existe un animal que tiene una nueva generación cada año. Cada individuo normal tiene un promedio de 1.,6 descendencia sobreviviente en un año normal, que se puede definir como la aptitud del animal (llamémoslo f), después de lo cual el animal muere. Durante un año de hambruna, f cae a 1.3. Ahora supongamos que hay un grupo de individuos más pequeños cuyos valores de f son 1.5 en años normales pero 1.35 en años de hambruna: su menor necesidad de alimentos les ayuda a sobrevivir mejor a las hambrunas. ¿Cuánto tiempo tendría que durar una hambruna para que los pequeños individuos lo hagan mejor que los normales? ¿Cuántos años de hambruna antes de que los pequeños individuos constituyan el 90 por ciento de la población?,
Pregunta 2:
supongamos que existe un grupo mutante inicialmente normal de individuos llamados Epi2s, cuyas células germinales se ven afectadas por un año de hambruna de tal manera que su progenie cambia al tipo pequeño durante dos generaciones antes de que vuelvan a la normalidad en la tercera generación, a través de mecanismos epigenéticos. Considere un período de 13 años que comienza y termina con años normales, pero tiene una hambruna de un año, dos hambrunas de dos años y una hambruna de tres años en el medio., ¿Cuál de los tres grupos (normal, pequeño, Epi2) tendrá más éxito? ¿Hay patrones de hambruna en los que Epi2s abruman a los otros dos grupos a muy largo plazo?
pregunta 3:
agreguemos otro tipo de animal a lo anterior: los Epi1, que al igual que los Epi2, cambian a una progenie pequeña después de una hambruna, pero en este caso la progenie vuelve a la normalidad después de solo una generación., Durante un período de 20 años, ¿se puede llegar a un «calendario del año de hambruna» tal que los cuatro tipos de animales (normal, pequeño, Epi1 y Epi2) existan en equilibrio virtual durante este período de tiempo?
Como muestran estas viñetas, no importa a la selección natural si las características están controladas por mecanismos genéticos o epigenéticos. Lo que importa es la ventaja de aptitud que es seleccionada por el entorno de un organismo., Si las condiciones que confieren una ventaja de aptitud física a un grupo dado duran lo suficiente y seleccionan ese grupo a través de múltiples generaciones, entonces ese grupo dominará la población y las características de la especie cambiarán. Así que si hay un subconjunto considerable de una población que exhibe una herencia epigenética ventajosa, es muy probable que la selección natural la mantenga. Por otro lado, si las modificaciones epigenéticas en una población son deletéreas, la selección natural la eliminará., No hay información de arriba hacia abajo, con propósito que pase a través de las generaciones aquí, no importa lo sensato que nos parezca. Basándose en estas consideraciones, ¿puede especular cómo la elegante transferencia de información a través de las generaciones que está encarnada por el sistema CRISPR-Cas en las bacterias podría haber evolucionado?
tan profundo e inexorable es el proceso ciego y ascendente de la selección natural en la evolución que no hay forma de contener su potencia, ni mecanismo rival para crear adaptación., No es de extrañar que el filósofo Daniel Dennett haya comparado la selección natural con un «ácido universal» que no puede ser contenido. La selección Natural y sus análogos en las esferas no biológicas bien pueden ser los procesos principales — o únicos — que crean una novedad compleja en todos los niveles del universo. Y eso incluye la compleja novedad creada por nosotros.
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