Diversidad y deriva genética

DIALOGO CON NICOLAS FRANKEL, DOCTOR EN BIOLOGIA

Para entender cómo las especies adquirieron distintas morfologías, las investigaciones en evolución y desarrollo estudian la manera en que los genes de estructuras similares se activan o desactivan para que un ala de mariposa sea diferente de un ala de mosca.

–Usted tiene un laboratorio en el departamento de Ecología, genética y evolución, en la Facultad de Ciencias Exactas.

–Sí. Se llama “grupo de evolución y desarrollo”, y está enmarcado dentro del laboratorio de evolución, que es más grande. Yo me dedico a hacer evolución y desarrollo. Aquí se toman cosas de distintas disciplinas: la genética, la biología evolutiva y la biología del desarrollo. Uno de los grandes objetivos de la biología del desarrollo es entender cómo se ha generado la diversidad de animales y plantas que vemos en nuestro planeta. No es necesario irse al Amazonas para ver la biodiversidad: se puede ver en la misma ciudad, donde hay perros, pájaros, gatos, hombres, todos conviviendo en el mismo lugar. Ahora bien: teniendo en cuenta lo que dijo Darwin en su momento, y que todos los evolucionistas creemos, que es que todos los animales descendemos de un ancestro común, la pregunta es cómo cosas tan diferentes se fueron generando.
–Antes de eso, una pregunta sobre la diversidad en las ciudades. ¿Por qué no se ven más palomas muertas o gorriones muertos sobre los que actuó la selección natural? –Palomas yo veo un montón. Seguramente sobre muchas de esas aves actuó la selección natural, pero piense que hay muchas de esas palomas que mueren que nosotros no vemos porque lo hacen en el nido. La selección natural actúa en todos lados, escrutando qué funciona y qué no funciona. Lo que ocurre es que tomar animales que han invadido las ciudades es más complejo; es más fácil pensar en la selección natural en la sabana africana, donde, por ejemplo, el león se come a una gacela. Ahí está más a la vista. De hecho, en humanos la selección natural está bastante relajada por la aparición de la medicina. Pero no dejó de existir: sigue habiendo muertes prematuras, y gente que nace y no llega a reproducirse. Y eso es selección natural.
–Hablemos entonces de ancestros comunes... –Le voy a dar un ejemplo: una mariposa y una mosca tuvieron un ancestro común, descienden de un bicho que vivió hace millones de años. Ambas tienen alas y ambas, en su ADN, tienen genes que poseen las instrucciones para generar alas. Las moscas tienen los genes para hacer ala de mosca; las mariposas, genes para hacer alas de mariposa. Estos genes son los mismos, pero para generar las instrucciones correctas han evolucionado, se han modificado. El desafío, entonces, es encontrar cuáles son esos cambios genéticos que hacen que un ala de mosca se desarrolle como un ala de mosca y un ala de mariposa se desarrolle como un ala de mariposa. Eso se hace estudiando ciertos genes que uno sospecha que pueden estar involucrados en el desarrollo de estas estructuras. La idea es encontrar el lugar en el genoma en el que se dan estos cambios que hacen que las especies hayan adquirido distintas morfologías.
–¿Y en qué está trabajando, en particular, ahora? –Yo trabajo con especies de la mosca de la fruta, o mosca del vinagre: Drosophila melanogaster y algunas especies que no son muy distintas. Son especies bastante parecidas, pero hace algunos años descubrimos que la morfología de la larva de estas drosophilas en distintas especies es diferente. La forma del cuerpo de la larva es distinta: unas tienen unos pelitos en la parte exterior y otras no los tienen. Esos pelitos están involucrados en la locomoción. Lo que hemos encontrado es el gen responsable de que dos especies distintas diverjan o sean diferentes en su morfología. Esto está causado porque el gen se activa diferente durante el desarrollo embrionario de las moscas. Después del embrión ya van a estar dadas las instrucciones para que ese embrión se transforme en una larva. Y, de hecho, hemos ido más profundamente: nosotros conocemos el gen; conocemos las regiones.
–¿Es la misma secuencia? –Es muy parecida, aunque un poco distinta. Esa secuencia distinta es la que uno busca para ver si los cambios que uno detecta son los causantes de esa morfología distinta. Esto que yo digo así tan simplemente es un hecho muy trabajoso. Y hemos encontrado que lo que cambia en estas especies es que el gen se activa de distinta manera. Y esta activación diferencial está dada por la actividad de unas regiones específicas (enhancers), que son las que hacen que un gen se active o no.
–¿Cómo hacen? –Un enhancer se activa por la unión de otras proteínas. La unión de proteínas (que se llaman factores de transmisión) a un enhancer hace que este gen se active y produzca la proteína que tiene que producir. Esta proteína también puede ser un factor de transmisión que active a su vez a otro enhancer. Pero también puede ser una proteína funcional. Cada gen tiene sus enhancers, que están muy cerca (aunque pueden estar muy lejos, pero en la mayoría de los casos están cerca). Esta zona se llama región codificante, porque tiene la información para que se produzca el ARN mensajero.
–¿Y el ARN mensajero qué hace? –Se traduce en una proteína.
–¿Pero es una proteína del enhancer o del gen? –Del gen. Es que el enhancer es parte del gen. Los genes tienen distintas partes: una parte es la que tiene la información para hacer la proteína y la otra parte es el enhancer, que activa y desactiva.
–Vamos entonces a entender el mecanismo. Al enhancer se pega una proteína... –Sí, llamémosla activadora. Este enhancer interactúa con otra zona que está cerca del lugar donde va a empezar a sintetizarse, a hacerse, el ARN mensajero. Eso se llama “promotor basal”. Ahí va a haber una enzima, RNA polimerasa, que hace el ARN mensajero. Interacción, activación y síntesis del ARN mensajero. Eso es lo que me interesa: cómo funcionan los genes del desarrollo, aquellos que van a determinar las estructuras corporales de los adultos. Esta activación cambia o varía durante la evolución.
–¿Y qué es, dentro de esto, lo que no sabe y quiere averiguar? –Me gustaría saber cuántos cambios genéticos son necesarios para que un enhancer cambie su función y pase de ser un activador a estar inactivo o a activar en otro momento. Nosotros tenemos algunas pistas. Lo que vimos es que, para que un enhancer deje de activar, eran necesarios muchos cambios pequeños. Un solo cambio genético no era suficiente para determinar que este enhancer pierda su función y deje de activar el gen. Pero éste es un ejemplo particular, y lo que me gustaría a mí es tener más ejemplos para poder entender mejor cómo ocurre esto.
–¿Y cómo se puede dar por selección natural esa cantidad de cambios? –Bueno, no podemos volver atrás en el tiempo, así que no lo sabemos. Tampoco podemos saber el orden en que se produjeron esos cambios, pero podemos suponer que los cambios que generaron “actividades intermedias” fueron seleccionados positivamente. La selección natural se ocupó de que llegaran a toda la población.
–¿Qué ciclo de vida tiene la mosca que estudia? –Aproximadamente diez días.
–O sea que se pueden ver muchísimas generaciones... –Sí, claro. Por eso se hacen muchos experimentos de selección artificial y ésa es una gran evidencia de la selección artificial. Aunque lo mejor para hacer ese tipo de experimentos son las bacterias. Para generar cambios visibles en la morfología se tienen que producir muchos cambios genéticos.
–¿Qué pasa cuando hay cambios genéticos negativos? De acuerdo con la selección natural, los individuos que los tengan deberían desaparecer. –Pero existe la llamada “deriva genética”, proceso mediante el cual cambios que no deberían fijarse de acuerdo con la selección natural se fijan en las poblaciones. Por eso en poblaciones pequeñas humanas es común que haya con gran frecuencia un gen que genera una enfermedad. Eso ocurre por azar, por “deriva”. Por azar, un gen deletéreo se dispersa por toda la población y llega a los individuos.
–Pero ese efecto no es tan grande, porque los individuos pueden reproducirse. –Exactamente. No se va a fijar nunca en una población un gen letal, porque la mataría. Pero algo un poco negativo sí puede fijarse. Esto también ocurre en poblaciones grandes, aunque es más fácil en poblaciones pequeñas.
–¿Y cuál es el motivo por el cual tenemos que saber estas cuestiones? –Aplicación práctica no tiene, por lo menos no que se me ocurra a mí. Es el conocimiento por el conocimiento mismo.
–Que no es poco. –De hecho, es muchísimo.