La emergencia espontánea de las interacciones ecológicas en el experimento evolutivo de Lenski

Dibujo20171101 spontaneous emergence of ecology during controlled evolution nature24152-f1

La teoría de la evolución sostiene que las interacciones ecológicas emergen de forma espontánea gracias a la selección natural. Por primera vez se ha observado este fenómeno en el laboratorio. Como era de esperar lo ha logrado el experimento de Lenski, que se inició en 1988 y ha alcanzado las 60 000 generaciones. Se ha observado que 9 de las 12 poblaciones de la bacteria que se estudian en el experimento LTEE (Long-Term Evolution Experiment) se han separado en dos clados (grupos genéticos) que coexisten durante miles de generaciones y muestran interacciones entre ellos, como la epistasia (interacción entre genes al expresar un carácter en el fenotipo).

El experimento LTEE nos muestra cómo los procesos evolutivos y ecológicos coexisten en una población sometida a selección natural. Sin lugar a dudas Richard E. Lenski se está situando en la antesala del Premio Nobel. El artículo es Benjamin H. Good, …, Richard E. Lenski, Michael M. Desai, “The dynamics of molecular evolution over 60,000 generations,” Nature 551: 45–50 (02 Nov 2017), doi: 10.1038/nature24287; más información en Joshua B. Plotkin, “Molecular evolution: No escape from the tangled bank,” Nature 551: 42–43 (02 Nov 2017), doi: 10.1038/nature24152.

En este blog también puedes leer “La evolución en acción observada en 40000 generaciones de Escherichia coli durante 20 años”, LCMF, 29 Oct 2009; “El experimento de “síntesis evolutiva” más largo demuestra cómo funciona la evolución”, LCMF, 19 Sep 2012; y “El experimento de Lenski favorece la teoría seleccionista de la evolución molecular”, LCMF, 15 Ago 2016.

Dibujo20171101 hidden markov chain one clade LTEE nature24152-sf

Esta figura muestra el modelo markoviano oculto para las mutaciones en las poblaciones con un solo clado; el tiempo discreto corresponde a 500 generaciones (momento en el que se toman muestras de las bacterias para el registro fósil). El estado inicial de una mutación se llama ancestral (A); hay cierta probabilidad de que pase a estado polimórfico (P); en este estado es equiprobable que la mutación se fije (F) o se extinga (E).

Dibujo20171101 Long-term coexistence of competing clades nature24287-f3

La aparición de dos clados, llamados menor (m) y mayor (M) conduce a la aparición de más estados para las mutaciones: ancestral (A), polimórfico basal (PB), fijo basal (FB), polimórfico mayor (PM), fijo mayor (FM), polimórfico menor (Pm), fijo menor (Fm) y extinto (E); además hay un estado polimórfico basal que no transita al estado de extinción llamado PB*. La introducción de estos estados conduce a un modelo markoviano oculto más complicado.

Dibujo20171101 hidden markov chain multi clade LTEE nature24152-sf

El análisis de este modelo markoviano oculto ha permitido identificar la interacción entre los dos clados (menor y mayor) durante su coexistencia (en 9 de las 12 poblaciones). Además de las relaciones epistásicas también se han observado relaciones de contingencia (interacción entre los genes y el ambiente). Entrar en detalles nos llevaría lejos, aún así me ha parecido interesante destacar el uso de modelos markovianos ocultos en la extracción de conclusiones de este trabajo publicado en Nature.


4 Comentarios

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SaulSaul

muy interesante que se muestre esta información . quisiera aprovechar esta oportunidad para preguntarte por qué corriente te inclinas más : saltacionismo o gradualismo . estoy leyendo acerca del tema y tu opinión sería muy importante . gracias

Francisco R. Villatoro

Saul, no soy experto y en sus artículos Lenski no se posiciona de forma firme en esta cuestión; sin embargo, sus resultados apuntan al saltacionismo (seleccionismo), en contra del gradualismo (neutralismo). En un artículo previo se observó que la tasa de mutaciones crece tras ciertas mutaciones conduciendo a muchos cambios rápidos entre periodos de pocos cambios lentos. Pero todavía no hay una posición oficial al respecto.

Pedro MascarósPedro Mascarós

¿No es al revés? ¿no es la selección natural más gradual que el neutralismo de Kimura?

Al final, la evolución o distribución de las especies parece contener de todo, deriva genética, selección natural, cierta selección a nivel de genes (Dawkins) a nivel de fenotipo, especie, deme…(lo que sería la jerarquía de S.J.Gould) , procesos rápidos puntuales (equilibrio puntuado)…etc Excepto el neo Lamarkismo, que tiene pintaca de pseudociencia, la naturaleza parece servirse de todo.

SuzudoSuzudo

perdón. Si suponemos que hay unos mecanismos que son constantes evidentemente habrá una tasa de mutaciones bastante constante.

Cnosideremos neutras aquellas que no den ninguna ventaja y se puedan dar pero al no dar ventajas no tenderán a acumularse en el acerbo genético, igual aparecerán crearán variedad se heredarán pero otra mutación cambiará en otro sentido la misma cosa afectada, los mismos genes y no se verá ni privilegiada ni esta ni la anterior en la selección por tanto ni la selección natural ni la sexual privilegiarán alguna de todas esas mutaciones neutras las cuales mantendrán diversidad pero no tenderá a acumularse o a predominar una sobre otra

Si la mutación es negativa tenderá a ser eliminada,. Pero si es positiva lo que hará es que se tenderá a pasar a la herencia sobre las neutras necesariamente (casi tautológicamente) esta sí será privilegiada y nuevas mutaciones privilegiadas que puedan aparecer se acumularán sobre esta

Esto es como tener un algoritmo de ordenador que lanza conjuntos de letras al azar para formar una palabra una vez, otra, otra.. Cuando aparece “en” se selecciona y luego en cada nueva línea aparecerá siempre “en” y otro conjunto de letras al azar formando una especie de palabra, cuando este conjunto de letras sea “un” quede seleccionado y luego a partir de ese momento aparezca “en un” y otro conjunto de letras, cuando ese conjunto de letras variable sea “lugar,” se seleccione y a partir de ese momento todas las copias sen “en un lugar” y otro conjunto de letras azarosas formando una analogía de palabra… Y así hasta tener el Quijote

Eso puede ser muy regular o no y haber muchas copias que se lleguen a copiarse con sus variaciones neutras, pero cuando se produzca algo que tenga privilegio ser seleccionado y pasar a ser la dominante sobre el que luego ocurra el proceso

Una mutación neutra no se verá privilegiada sobre otra neutra por tanto no habrá una tendencia en el tiempo sin más sobre un conjunto de ellas que otro ni se verá privilegiado el ser anulada por otra de neutra

Una mutacioń positiva sí se verá privilegiada y se mantendrá en el acerbo genético frente a cualesquera de neutras. Si una que sería neutra sin existencia de la positiva anula la positiva, se convierte en negativa ahora y los que mantengan la positiva se verán favorecidos
Este es el punto creo

Esto en sí no es saltacionista ni gradualista.. Hay un gradualismo claro por los mecanismos que crean la tasa de copias y la tasa de cambio sobre estas y mantiene algo regular. Pero el que una mutación sea positiva y seleccionada incrementando el acerbo genético sobre las otras la mantendrá

Si todos los seres están bien adaptados a su biotopo y este no cambia cualquier mutación puede ser neutra o negativa, es difícil que sea positiva si todo está finamente ajustado. Y por tanto será descartada y todas serán neutras en la práctica. NO hay cambio en la presión selectiva y es esta la que hace de las mutaciones positivas o neutras o negativas. Como la presión selectiva es constante y se mantiene se mantiene el conjunto de mutaciones positivas
POr tanto sí puede haber cambio por mutaciones positivas porque hay competencia entre seres vivos etc pero el cambio será gradual y lento porque los cambios en la presión selectiva son suaves siendo las mutaciones positivas un porcentaje bajo respecto las neutras

Si hay un cambio en el entorno brusco que cause un desequilibrio en la adaptaciones (un volcán o lo que sea) entonces en las nuevas mutaciones sí pueden haber más de positivas a ser selecionadas porque hay variación en la presión selectiva y hay más posibilidad que algunos cambios en lugar de ser neutros tengan una ventaja mayor sobre el resto que no los tienen. También que a variación de presión selectiva sea tan elevada que los que no alcancen dichos cambios se puedan incluso extinguir

En ese caso lo que ha ocurrido es una variación en la presión selectiva en poco tiempo y por tanto las mutaciones positivas o potencialmente positivas serían un porcentaje mayor respecto a las neutras en dicha situación.

Siendo los cambios más saltacionistas en esa situación y menos gradualistas que en la primera

Los periodos de equilibrio que mantiene las cosas con cambios lentos o pocos cambios serían periodos de “estasis” con momentos de gran cambio por gran cambio en la presión selectiva a causa de cambios notables en las circunstancias (erupción de volcanes, caída de meteoritos, que alguna especie en ese cambio lento adquiera una capacidad tan nueva que desequiibre todo el resto;: por ejemplo que pueda respirar aire fuera del agua una por primera vez y sea uno de esos cambios lentos el que cause un cambio global a la presión selectiva global)

Etc

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