Nuestro material hereditario sufre alteraciones constantemente, bien de forma espontánea (mutaciones aleatorias) o bien inducidas por condiciones ambientales. Conjuntamente, dichas alteraciones constituyen una amenaza muy seria para el buen funcionamiento de cada una de nuestras células. Aunque prácticamente todas estas mutaciones son prontamente reparadas (gracias a la gran eficiencia de los mecanismos de reparación que nuestro DNA posee), una pequeña fracción escapa al control reparador de nuestras células. Si bien algunas de estas mutaciones no causan alteraciones que puedan ser apreciadas en la apariencia externa normal de un organismo (su fenotipo), otros cambios resultan en modificaciones evidentes de rasgos morfológicos, reproductivos, metabólicos y comportamentales, entre muchos otros.

La responsabilidad sobre el destino de estos nuevos “mutantes” recae en la selección natural, es decir, estos nuevos mutantes serán favorecidos  por dicho proceso si poseen alguna ventaja sobre el fenotipo “normal” original. En otras palabras, podrán ser más eficientes a la hora de conseguir alimento, desarrollarse, aparearse y, sobre todo, procrear. No debemos olvidar que la ventaja selectiva de estos mutantes consiste en su capacidad para tener un mayor número de descendientes y por tanto, transmitir sus genes mutantes a la descendencia en mayor proporción que los genes de individuos no mutantes. Así, generación tras generación el número de genes mutantes será cada vez mayor, llegando a desplazar completamente a los genes normales en la población gracias a un proceso de selección natural.



Representación del proceso de selección natural favoreciendo a un mutante ventajoso sobre la forma salvaje (normal). A lo largo de suficientes generaciones, la selección propiciará que el mutante acabe desplazando completamente a la forma salvaje menos adaptada a las condiciones ambientales.

Precisamente, uno de los factores clave en el proceso de selección natural son los factores ambientales. Por ejemplo, en condiciones de sequía, aquellas plantas genéticamente preparadas para sobrevivir con poca agua tendrán una ventaja selectiva y serán favorecidas por la selección natural. Al contrario, en condiciones de plenitud de agua, aquellos genes que proporcionan una mejor adaptación a condiciones de sequía no serán especialmente relevantes, perdiendo el favor del proceso selectivo y pudiendo ser desplazados por otras variantes mejor adaptadas al medio. Un ejemplo muy similar es el que precisamente iluminó a Charles Darwin acerca de la importancia de la selección natural. Se trata por supuesto de la forma del pico en los pinzones de las Islas Galápagos, adaptados a diferentes tipos de frutos o ambientes en los que conseguir alimento.


Pinzones de las Islas Galápagos con diferentes morfologías de pico, adaptadas para obtener alimento de forma eficiente en diferentes ambientes. Dichos "fenotipos" provienen de mutaciones genéticas que fueron favorecidas por la selección natural.

Desde el comienzo del estudio de la evolución de los seres vivos ha existido un interés especial por observar el proceso de evolución en acción, tanto a nivel fenotípico como a nivel molecular. Desgraciadamente, y dada la lentitud del mismo, los ejemplos de evolución en acción se limitan casi exclusivamente a organismos con tiempos de generación muy cortos como virus y bacterias. Es precisamente esta limitación la que dota al ejemplo que referiremos a continuación de un gran atractivo para comprender los mecanismos que subyacen a la evolución de las especies. Este trabajo experimental y sus resultados (PLoS ONE 7(3):e33288) han levantado una inusitada expectación, con casi 200,000 accesos a su contenido en la web de esta revista en poco más de tres meses. También ha hecho correr ríos de tinta en medios de comunicación especializados y generales, precisamente por la peculiaridad de sus condiciones así como por el tiempo que ha tardado en ser llevado a cabo. Podemos adelantar su objetivo en una pregunta como la siguiente: ¿cómo serían los hombres y mujeres de una población que ha vivido en total oscuridad durante 30,000 años?. La novela de H.G. Wells “La Máquina del Tiempo” (llevada al cine en el clásico de 1960 protagonizado por Rod Taylor) nos ofrece una respuesta. Como consecuencia de la ausencia de luz, la evolución habría transformado a estos humanos en seres pálidos y con un sentido de la visión prácticamente ausente (la función de los genes que producen pigmentos en piel y ojos habría dejado de ser esencial y por tanto su función habría desaparecido de la población); también les habría llevado a adoptar el canibalismo como modo de alimentación (dado que la ausencia de luz no permitiría el crecimiento de vegetales y por tanto de ningún otro tipo de alimento). Del mismo modo estos individuos se habrían convertido en seres despiadados, si bien el papel de la selección natural es en este aspecto incierto.



Póster promocional de la película "The Time Machine" (1960), en la que la ficción refleja la evolución de los seres humanos en un ambiente sin luz.

El experimento en cuestión no se ha llevado a cabo (obviamente) ni con seres humanos ni ha durado decenas de miles de años. En su lugar, se ha valido del organismo históricamente más importante para el estudio de la genética, la mosca de la fruta
Drosophila melanogaster. Su objetivo, estudiar la evolución del conjunto de genes (genoma) de una población de moscas en completa oscuridad durante aproximadamente 57 años o lo que es lo mismo, 1,400 generaciones. Para que nos demos cuenta de la magnitud de dicho trabajo, 1,400 generaciones en el caso de seres humanos equivaldrían a un período de tiempo cercano a 30,000 años. Este estudio constituye un análisis experimental de la evolución de los genes de estas moscas, especialmente aquellos potencialmente relacionados con la presencia/ausencia de luz. El origen de este experimento se remonta al año 1954, en el que el investigador Syuichi Mori de la Universidad de Kyoto recolectó huevos de moscas de la fruta y los depositó en recipientes cerrados y cubiertos con tela oscura para evitar el paso de la luz. Desde aquel momento hasta el presente, estas moscas han sido criadas generación tras generación en ausencia de luz. Tras la muerte del Dr. Mori, sus compañeros de laboratorio tomaron su relevo al mando de dicho experimento hasta el momento actual, en el que las tecnologías de secuenciación de DNA de nueva generación son capaces de darnos información pormenorizada sobre el genoma completo de organismos en pocas semanas.

Trabajo original en el que se describen los resultados de los experimentos en ausencia de luz con el linaje de moscas Dark-fly.

De este modo, en 2012 el equipo liderado por el Dr. Naoyuki Fuse en la Universidad de Kyoto decidió tomar algunas de las moscas de la población en oscuridad (Dark fly), observar su fenotipo y compararlo con el de moscas salvajes no sometidas a ausencia de luz. El resultado: externamente, las moscas Dark-fly tienen ojos normales (ni más pequeños ni atrofiados) y conservan su reloj biológico (sus procesos fisiológicos todavía están adaptados al día y la noche). ¿Cuál ha sido entonces el efecto que han tenido estos 57 años de oscuridad?. En primer lugar las moscas Dark-fly muestran quetas (unos pequeños pelillos con función sensorial) más largos que las moscas salvajes, lo que podría estar relacionado con una mayor dependencia de este sentido en condiciones de oscuridad donde la visión no es eficaz. Del mismo modo, las moscas Dark-fly parecen ser más fértiles. Sin embargo, ambos rasgos podrían ser también efecto del azar o simplemente de la endogamia en moscas Dark-fly.


Externamente, las moscas Dark-fly (derecha) son similares a los ejemplares salvajes (izquierda) criados en condiciones normales.

Para conocer exactamente qué alteraciones son exclusivas de las moscas Dark-fly como consecuencia de la ausencia de luz, El Dr. Fuse y sus colaboradores secuenciaron el genoma Dark-fly completo y compararon, uno a uno, cada uno de los millones de nucleótidos que componen su DNA con el genoma de moscas salvajes. Identificaron de este modo numerosas mutaciones genómicas, incluyendo un total de 220,000 cambios de un nucleótido por otro diferente y 4,700 inserciones o eliminaciones de segmentos de DNA. El análisis de la función de estos cambios reveló que muchos de ellos se habían producido en genes que podrían estar potencialmente involucrados en la percepción de la luz, así como en mecanismos de detoxificación dependientes de la luz. Precisamente, una de las hipótesis que propone este estudio es que las moscas Dark-fly evolucionaron para llevar a cabo dicha detoxificación (romper toxinas perjudiciales para el organismo) sin la ayuda de la luz.


Distribución específica de mutaciones a lo largo de los cromosomas de moscas salvajes (azul), moscas Dark-fly (rojo) y mutaciones comunes (verde) en ambas poblaciones de moscas.

Los resultados de este estudio ponen de manifiesto que 1,400 generaciones de oscuridad no son suficientes para convertir a estas moscas en seres de las cavernas, sin ojos y pálidos. Parece que el proceso evolutivo ha actuado muy tímidamente sobre la apariencia externa de las mismas. Sin embargo, el estudio del genoma de estas moscas Dark-fly ha revelado que los cambios han sucedido de forma muy abundante en su DNA, y que la selección natural ha ejercido su función sobre ellos. Este estudio abre las puertas a una nueva generación de análisis acerca de la relación entre mutaciones genómicas y adaptación al medio ambiente. Del mismo modo, también sobre el estudio de la evolución en acción mediante el análisis de las mutaciones identificadas en estas moscas de las cavernas y sus posibles consecuencias funcionales en la infinidad de procesos regulados por la luz en los seres vivos.


Finalmente, y como curiosidad, cabe decir que el experimento Dark-fly se queda todavía corto en cuanto a su duración en comparación con el experimento de la gota de brea (1927), el reloj Beverly (1864) y la campana eléctrica de Oxford (1840).

 

Artículos relacionados

José María Eirín-López
José María Eirín-López

Investigador y profesor en la Florida International University (Miami, Estados Unidos) y en la Universidad de La Coruña, director del grupo de investigación CHROMEVOL, centrado en el estudio de la estructura, función y evolución de la cromatina.

Sobre este blog

Las alteraciones en el material hereditario son, en última instancia, responsables de la abrumadora diversidad natural que nos rodea.

Ver todos los artículos (13)