A medida que XEC, la última variante de COVID, se afianza, estamos observando cómo se desarrolla la evolución viral en una escala de tiempo lo suficientemente corta como para seguirla, con diferentes cepas del virus SARS-CoV-2 adquiriendo de forma independiente mutaciones similares o funcionalmente similares que mejoran su capacidad de infectar. nosotros o evadir las vacunas existentes.
Este es el mismo proceso que ocurre durante decenas de miles, incluso millones de años, en criaturas vivientes, desde babosas hasta perros, tú y yo, produciendo la increíble diversidad que vemos en el árbol de la vida junto con sorprendentes repeticiones de la misma idea, conocida formalmente como evolución convergente. Esto es simplemente cuando la naturaleza encuentra soluciones similares a problemas similares en grupos evolutivamente distantes; piense en cómo los delfines y los murciélagos evolucionaron en la ecolocalización, a pesar de no estar relacionados.
Una de las formas más destacadas (y molestas) de que esto se manifieste se conoce como carcinización, la idea de que la naturaleza sigue evolucionando cangrejos. De hecho, una forma o morfología corporal parecida a la de un cangrejo ha evolucionado numerosas veces de forma independiente a lo largo de la historia evolutiva. Desde el punto de vista de un extraño, parece que los cangrejos aparecen con tanta frecuencia porque la Madre Naturaleza “ama” a los cangrejos. En palabras inmortales del zoólogo inglés Lancelot Alexander Borradaile, quien acuñó el término, la carcinización es “uno de los muchos intentos de la naturaleza de evolucionar un cangrejo”.
El concepto es tan intrigante y encantador que ha generado el meme del cangrejo, que arrasó con una pequeña parte nerd de Internet hace unos años y, con él, una especulación descabellada de que todos evolucionaremos hasta convertirnos en cangrejos algún día. Pero dejando de lado todas las fantasías extrañas, lo que realmente está sucediendo aquí es mucho más interesante.
cáncer el cangrejo
No hace falta decir que la naturaleza no intenta conscientemente evolucionar nada. Incluso la inteligencia humana surgió gracias a la aleatoriedad de la selección natural. Con el debido respeto a Borradaile y sus fans, esto no es así como funciona. Más bien, si el mismo tipo de cosas evoluciona una y otra vez, probablemente se deba a que ese tipo de cosas es un rasgo que ofrece una ventaja de supervivencia a especies que existen en situaciones similares.
La evolución convergente es lo que vemos cuando observamos que los murciélagos y las aves tienen un desarrollo similar de sus brazos hasta convertirse en alas deslizantes, lo que inicialmente les permitió planear y luego volar. O cuando notamos que los extintos ictiosaurios, peces prehistóricos, tienen un contorno corporal muy similar, hasta la forma de la nariz de botella y los dientes diminutos, al delfín moderno, que no es un pez en absoluto, sino un mamífero. En cualquier caso, la forma hidrodinámica del cuerpo les permite a ambos nadar rápidamente largas distancias.
Otro ejemplo se puede ver entre los mamíferos marsupiales de Australia, una isla donde la evolución animal divergió del resto del mundo muy atrás en el tiempo evolutivo, vemos criaturas con inquietantes paralelos con los mamíferos de otros continentes, criaturas que ocupan el mismo nicho ecológico o rol y han desarrollado formas corporales similares o habilidades para afrontar la situación.
Esto también lo vemos en la existencia de muchos tipos de decápodos, que es el término técnico para los crustáceos con forma corporal parecida a la de un cangrejo. Esto incluye a los cangrejos, que evolucionaron a partir del ancestro común de todos los cangrejos, e incluye otros tipos de crustáceos con ancestros completamente diferentes, que ocupan una rama diferente del árbol evolutivo; sin embargo, es un plagio total de la idea de cangrejo.
La carcinización “en realidad sólo es aplicable a ese grupo de animales que llamamos decápodos”, dijo a Salon Sebastian Groh, paleontólogo de la Universidad Metropolitana de Cardiff. “Y ese es el único grupo al que realmente se limita. Realmente no ocurre en ningún lugar fuera de él. Creo que fue una especie de malentendido”.
El área de estudio de Groh es la evolución de los cocodrilos y sus parientes desde hace doscientos millones de años hasta ahora, observando, por ejemplo, la evolución convergente de hocicos largos y estrechos en varias ramas diferentes de su árbol genealógico.
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La idea de que cualquier persona (o cualquier grupo evolutivo aleatorio) pueda evolucionar hasta convertirse en un cangrejo es un malentendido, claro, pero constituye un meme sorprendente y tal vez una oportunidad fructífera para explicar cómo funciona realmente la evolución.
Pequeños cambios, gran impacto
La evolución de cualquier rasgo particular depende de una gran cantidad de pequeños cambios. No sólo tienes el gen de “parecer un cangrejo”. Más bien, para que la evolución por selección natural produzca una apariencia y un comportamiento similares a los de un cangrejo, sería necesario tener criaturas que vivan en entornos que brinden una ventaja de supervivencia al tener estos rasgos similares a los de un cangrejo. Y necesitaría adquirir todos los genes que codifican las muchas proteínas que producen tales rasgos. Para entender esto, debemos mirar mucho más de cerca.
El desarrollo de una garra o una aleta requiere muchos genes diferentes. Y una vez más, no, el genoma humano no está a unas pocas mutaciones de la carcinización.
“No encontrarás que un mamífero se convierta en cangrejo porque tal vez [the ancestors of crab-like organisms have] obtuvieron muchos otros genes que los predispondrían a esa morfología y a ese tipo de comportamiento. Ellos tienen la configuración. Tienen los antecedentes”, dijo a Salon James McInerney, catedrático de Biología Evolutiva en la Universidad de Liverpool, en una entrevista en vídeo.
Por otra parte, tenemos que preguntarnos si ese conjunto de genes evolucionó a través de la selección natural (la naturaleza “intenta” hacer evolucionar un cangrejo) o simplemente por suerte. Como lo expresaron los autores de un artículo de 2016 sobre la convergencia tanto a nivel molecular como a nivel morfológico más observable, “la convergencia es causada por adaptaciones repetidas de diferentes linajes evolutivos a desafíos ambientales similares o por casualidad”.
McInerney fue el autor principal de un estudio sobre la evolución convergente en bacterias que nos ayuda a comprender cómo podría funcionar este trasfondo y a distinguir estas dos formas en que puede ocurrir la convergencia. Él y su equipo utilizaron el aprendizaje automático para observar los genomas de un montón de cepas diferentes de Escherichia coliuna bacteria en la que diferentes cepas evolucionan repetidamente de manera convergente, para ver si esto ocurre por casualidad o por un proceso de selección natural.
Ahora bien, en las bacterias, que son un tipo de procariota u organismo unicelular, gran parte de la evolución se produce mediante transferencia horizontal de genes. Esto ocurre cuando el material genético se incorpora al genoma de un organismo de alguna manera distinta a la reproducción. Las bacterias recogen nuevos genes de diversas fuentes, lo que mantiene interesante su evolución. Sin embargo, esto no es necesariamente bueno para nosotros: la resistencia a los antibióticos se ha convertido en un problema enorme, en gran parte debido a la transferencia horizontal de genes de especies resistentes a los medicamentos a especies de bacterias que alguna vez fueron eliminadas rutinariamente por los medicamentos.
En E. coliesto significa que su pangenoma (la totalidad de genes que se encuentran en todas las cepas) tiene una enorme variabilidad. Lo que descubrió el equipo de McInerny fue que, a pesar de toda esta variabilidad, en realidad se podían predecir muchos de los genes que se encontrarían en una cepa particular si se conociera algunos de los otros genes. Para simplificar un poco, si la bacteria A adquiere el gen 1 por transferencia horizontal y también adquiere el gen 2, y luego notamos que la bacteria B también adquirió el gen 1, podríamos predecir correctamente que la bacteria B también tiene el gen 2, porque en este escenario , los genes 1 y 2 tienden a permanecer juntos en un genoma.
En palabras de los autores, “al menos parte del pangenoma puede entenderse como un conjunto de genes con relaciones que gobiernan a sus probables cohabitantes, de forma análoga al conjunto de organismos que interactúan en un ecosistema”.
Lo que esto significa es que la evolución en Escherichia colia pesar de la casualidad de la transferencia horizontal de genes, no es sólo una cuestión de casualidad. Más bien, existen relaciones deterministas en las que ciertos genes van bien o mal con otros genes particulares, y por lo tanto se repiten patrones similares de genes, lo que resulta en patrones repetidos de evolución. Como resultado, donde se ven bacterias convergentemente similares que evolucionaron a partir de ancestros muy diferentes, en realidad se ven los mismos tipos de genes en estos parientes muy lejanos. A pesar de su diferente historia evolutiva, presentan recetas genéticas iguales o muy similares cuando se enfrentan a desafíos de supervivencia similares.
Por supuesto, los detalles de la evolución convergente podrían ser más complejos en los eucariotas, organismos multicelulares como los humanos o decápodos con grandes genomas, el material genético total de un organismo. La mayoría de los rasgos que realmente se pueden observar (lo que se llama fenotipo del organismo) son el resultado de una combinación única de genes y de cómo se expresan esos genes.
“Sospecho que en los eucariotas tampoco serán sólo mutaciones puntuales”, dijo McInerney, refiriéndose a pequeños cambios en un genoma. “Serán cambios en la expresión y cambios genéticos los que influirán en otros cambios genéticos para hacerlos más probables o menos probables. Creo que es un campo de investigación realmente productivo en este momento”.
Tim Sackton, director de Bioinformática del Grupo de Informática FAS de la Universidad de Harvard, señala que si bien podemos observar fácilmente un genoma secuenciado e identificar dónde están los genes que codifican proteínas, las otras partes que controlan dónde y cuándo se expresan estos genes son algo que todavía estamos tratando de resolver.
“Realmente no conocemos el código para estas regiones reguladoras de la misma manera”, dijo a Salon. Y esas regiones pueden ser muy importantes para comprender la convergencia. Tomemos, por ejemplo, el rompecabezas de los pájaros no voladores. La evidencia sugiere que la pérdida del vuelo evolucionó de forma independiente hasta seis veces, en lugar de solo una, en los antepasados de diferentes ratites: el grupo de aves no voladoras que incluye a los extintos moa y elefante, así como el avestruz, el kiwi, el casuario y el emú. y ñandú. En un estudio de 2019, Sackton y sus colegas descubrieron que los elementos reguladores (los que determinan cuándo un gen se expresa como una proteína, como un interruptor de encendido y apagado) estaban donde tenía lugar la acción.
“Veríamos que los mismos elementos se alterarían en múltiples de estas transiciones independientes a estas aves no voladoras y no se trata sólo del mismo elemento”, explicó Sackton. Más bien, ciertos genes tienden a acumularse en aves no voladoras, como grupos de elementos modificados del genoma.
La pérdida de vuelo, que se manifiesta a nivel fenotípico en cambios en la extremidad anterior, por ejemplo, fue el resultado de mucho más que un solo cambio en el genoma. En cambio, varios genes trabajan juntos, siendo los genes reguladores los que desempeñan el papel más importante.
“Están sucediendo muchas cosas en estas ratites, hay muchos cambios, tanto en términos de morfología esquelética como en términos de estructura de plumas y muchas otras cosas. Por lo tanto, es un fenotipo muy complicado, pero no todos sus aspectos son necesariamente convergentes”, señaló Sackton.
Todavía queda mucho por descubrir sobre cómo funciona la evolución convergente, no sólo en los cangrejos sino en todos los organismos. Y los resultados pueden ser sorprendentes.
“Los cangrejos muestran que es un fenotipo muy evidente, ¿verdad?” dijo McInerney. Hizo hincapié en que las convergencias que vemos (tantas cosas que parecen cangrejos, los ojos en forma de cámara que evolucionaron de forma independiente tanto en los calamares como en los humanos, la aparición de pulgares oponibles en los pandas gigantes, los camaleones y en nosotros) surgen de resultados igualmente sorprendentes, aunque menos. Obviamente, la evolución a nivel molecular: en el otrora oculto mundo de los genes.
Entonces, ¿por qué siguen apareciendo cangrejos una y otra vez? No porque la naturaleza lo elija, sino porque el “diseño” del cangrejo funciona muy bien para mantener vivas a ciertas especies y transmitir esos genes. Es la intrincada belleza de la evolución en acción. Como lo expresó McInerney: “La evolución del genoma favorece resultados particulares, y lo vemos en las bacterias. Lo vemos en los cangrejos”.