Aproximaciones hacia una teoría de la innovación en evolución

El biólogo evolutivo Andreas Wagner escribe en su libro "Los orígenes de las innovaciones evolutivas: una teoría del cambio transformador en los sistemas vivos" (Oxford University Press, 2011) :

Estamos familiarizados con muchos ejemplos de innovaciones (fenotipos cualitativamente nuevos que pueden proporcionar un beneficio crítico) pero no tenemos una comprensión sistemática de los principios que permiten a los organismos innovar.

Sobre el término innovación en sí mismo escribe:

Puede ser difícil definir con rigor qué es una innovación evolutiva [538,616]. Sin embargo, estos y otros innumerables ejemplos muestran que, por lo general, es fácil de reconocer: una nueva característica que dota a su portador de habilidades cualitativamente nuevas, que a menudo cambian el juego. Estos pueden no solo significar la diferencia entre la vida y la muerte en un entorno determinado (solo piense en las habilidades biosintéticas), sino que también pueden crear amplias plataformas para futuras innovaciones, como lo hicieron las innovaciones de la fotosíntesis y de los sistemas nerviosos complejos.

y en otro punto:

Las muchas innovaciones de la naturaleza, algunas sorprendentemente perfectas, exigen principios naturales que aceleren la capacidad de innovación de la vida.

¿Pueden las mutaciones aleatorias durante apenas 3.800 millones de años ser realmente responsables de las alas, los globos oculares, las rodillas, el camuflaje, la digestión de la lactosa, la fotosíntesis y el resto de las maravillas creativas de la naturaleza? Y si la respuesta es no, ¿cuál es el mecanismo que explica la velocidad y eficiencia de la evolución?

Luego trata de desarrollar un marco de este tipo para este ingrediente crucial sin el cual nuestra comprensión del proceso evolutivo parece incompleta.

Mi pregunta ¿
Se han corroborado empíricamente las hipótesis del profesor Wagner sobre la innovación en la evolución (lo que él llama una "teoría de la innovación") y existen otros enfoques hacia una "teoría de la innovación" (según su definición)?

NB
Las definiciones sobre lo que el Prof. Wagner quiere decir con "innovación" y "teoría de la innovación" se pueden encontrar en el libro mencionado anteriormente, véase, por ejemplo, aquí.

Se puede encontrar una breve descripción de la "teoría de la innovación" de Wagner en las respuestas a mi pregunta de seguimiento: Puntos clave de la teoría de la innovación de Wagner

¿Presenta en su libro un argumento de que la mutación aleatoria es insuficiente? La frase "increíblemente perfecto" es terriblemente subjetiva y la palabra "simple" para describir 3.800 millones de años es discordante y contraria a la intuición.
Voté porque incluso si cuestiono la premisa del libro, eso no significa que el OP haya hecho una mala pregunta. Una puntuación negativa parece punitiva si no va acompañada de una explicación.
Voté negativamente porque siento que la pregunta no está bien formulada y, sin siquiera una breve explicación de la teoría, no está clara como una pieza independiente (requiere leer mucho material externo antes de que pueda entenderse). Solicité una aclaración que le diera la oportunidad de mejorar la pregunta antes de votar, y rechazó dicha oportunidad, por lo que voté en contra. Creo que eso es lo suficientemente justo.
"... parece que su teoría de la innovación es que la mutación es potencialmente no aleatoria en su efecto, ¿es así como lo interpretas?" esta fue una de mis solicitudes de claridad. Esa fue mi interpretación basada en lo que he leído de su trabajo y lo que sé de mi doctorado en genética evolutiva. Sentí que su pregunta requería una cantidad irrazonable de conocimiento altamente específico, por lo que solicité una aclaración dos veces. En lo que a mí respecta, esa fue una razón legítima para votar en contra.
Can random mutations over a mere 3.8 billion years really be responsible for wings [...]?Este es un argumento de incredulidad , una falacia lógica. El hecho de que no puedas imaginar que algo suceda, no significa que no pueda suceder.
@vonjd Deberías leer algunos de los artículos de Wagner. Una parte de su trabajo de investigación trata sobre posibles mecanismos de adaptación evolutiva. No he leído este libro, pero he leído algunos de sus artículos. Sus artículos sobre este tema se basan en modelos matemáticos e inferencia de datos bioinformáticos. La pregunta no merece 6 votos negativos, pero no me queda clara.
@vonjd Esto no es lo mismo que el caso de la ecuación diferencial. La investigación específica de Wagner no es tan básica. Su pregunta debe ser clara en sí misma. Si usa una definición que posiblemente no sea una definición de libro de texto, cítela (junto con la cita). No es necesario ser un experto en la investigación de Wagner para responder a esto. Solo necesita proporcionar el contexto. Wagner no postula ninguna teoría especial . Simplemente usa la palabra innovación para referirse a adaptaciones evolutivas a escala molecular. ¿Revisaste sus artículos?
@vonjd, aborde las preocupaciones de WYSIWYG en su último comentario. En Stack Overflow (y otros sitios de Stack Exchange) existe el concepto de un MCVE, un ejemplo mínimo, completo y verificable . Las preguntas deben ser independientes: no publique su código en pastebin, póngalo en la pregunta. No enlace a su archivo de entrada en otro lugar (a menos que sea muy grande o en binario), póngalo en la pregunta. Usted ha hecho una pregunta bastante vaga sobre un libro al azar y parece esperar que todos estemos completamente actualizados sobre las ideas de Wagner. Proporcionar un resumen es de sentido común.
@vonjd además, su enlace de Google Books está roto. Corríjalo y, mientras tanto, resuma el contenido del enlace, como se espera en muchos otros sitios de SE. El enlace debe ser simplemente una referencia, en caso de que se mueva o se rompa.

Respuestas (1)

La falla en su argumento, por lo que puedo ver en sus citas , es equiparar la evolución con la selección natural. Nunca se propuso la selección natural para explicar toda la evolución, ni cómo surgen los rasgos ventajosos , sino para explicar cómo se propagan los rasgos ventajosos. En última instancia, ¿por qué la adaptación es tan frecuente?

La teoría moderna de la evolución es mucho más que una teoría de la evolución por selección natural. Puede explicar perfectamente bien cómo ha llegado a existir toda variación. Sus mecanismos de mutación, migración, deriva y selección pueden erosionar y generar nueva variación genética. La nueva variación genética, y los cambios fenotípicos que trae consigo, se produce por mutación . Pueden ocurrir varios tipos de mutaciones .

Las mutaciones son aleatorias en su efecto . Ahora bien, es posible que las tasas de mutación no sean aleatorias; Si imagina dos especies teóricas que han pasado por cuellos de botella genéticos, de modo que ambas tienen poca variación genética, entonces la especie con una tasa de mutación más alta podría tener más posibilidades de evitar la extinción porque la mutación aumentará la variación genética, y la variación genética limita la tasa de adaptación. Por lo tanto, si hay un rasgo codificado genéticamente que aumenta las tasas de mutación, entonces puede propagarse. Por el contrario, la mutación es generalmente perjudicial (consulte el modelo geométrico de Fisher), por lo que, en general, también habrá selección para tasas de mutación más bajas. Por lo que puedo deducir de la teoría de Wagner sobreLa innovación es que la mutación puede ser algún tipo de mecanismo premeditado y dirigido con el organismo tratando de hacer evolucionar un determinado rasgo. En general, se considera que esto es muy poco probable dentro de la comunidad de biología evolutiva y, que yo sepa, no hay evidencia de que ocurra.

Publicaciones relacionadas que he hecho sobre biología SE:

Habiendo leído un poco más sobre su teoría, creo que tengo más claro lo que quiere decir . Él usa el término innovación como otros biólogos evolutivos usarían adaptación . No tengo idea de por qué hace esto, no hay necesidad de usar terminología divergente. En última instancia, está proponiendo la adaptación por selección natural.

"Muy ocasionalmente, una o más mutaciones también pueden generar innovaciones evolutivas: nuevos fenotipos que son cualitativamente diferentes y superiores a los fenotipos existentes".

"Las innovaciones evolutivas pueden ser difíciles de definir rigurosamente [1,2], pero a menudo son fáciles de reconocer como rasgos cualitativamente nuevos y adaptativos de los organismos. Además, con frecuencia también proporcionan nuevas plataformas sobre las cuales se pueden desarrollar cambios evolutivos adicionales".

El problema con esto viene porque usa su propia idea preconcebida de que el tiempo simplemente no ha sido suficiente para permitir que surja toda la variación genética, para insinuar que la mutación aleatoria es insuficiente.

"El cambio aleatorio por sí solo no es suficiente, porque no necesariamente genera fenotipos beneficiosos".

La escritura es sugestiva (fuerte énfasis en lo sugerente, él nunca dice esto hasta donde puedo decir, pero la escritura se presta a conceptos erróneos) de que invocará algún tipo de argumento de mutación dirigida. Sin embargo, su idea real parece ser que los genes interactúan y, por lo tanto, esto aumentará la velocidad a la que las mutaciones causan cambios fenotípicos. Debido a que existe una variación temporal y espacial no solo en la variación genética, sino también en la selección, las mutaciones neutras pueden acumularse en los genes que luego tienen un efecto sobre la aptitud (ya sea al interactuar con nuevas mutaciones en otra parte de la red genética, o por cambios en el sistema adaptativo). paisaje).

"Wagner ha enfatizado cómo la epistasis, interacciones entre genes que dan forma a las consecuencias adaptativas de las mutaciones, permite que la variación neutral module los efectos de otras mutaciones, produciendo una amplia gama de posibles fenotipos mutantes que pueden conducir a una innovación adaptativa".

Esto no es nada particularmente nuevo o controvertido (ver epistasis, redes de genes y leer sobre la evolución desde la posición frente a la nueva variación genética). Básicamente, Wagner parece sugerir que la teoría de Darwin se basa en nuevas mutaciones que llegan después de los cambios de selección, lo cual no es así, y la teoría de Wagner es simplemente una forma de que la variación genética persistente persista a través de las redes de genes. No creo que el concepto de variación genética permanente sea novedoso aquí, pero la posibilidad de que la variación genética permanente pueda ser objeto de selección debido a una mayor mutación en otra parte de la red de genes parece ser una novedad en su trabajo.

MattDMo hace un excelente punto sobre la afirmación de Wagner de que todas las mutaciones que ocurren al azar durante solo 3.800 millones de años son inverosímiles:

Este es un argumento de incredulidad, una falacia lógica. El hecho de que no puedas imaginar que algo suceda, no significa que no pueda suceder.

"La falla en su argumento es equiparar la evolución a la selección natural". No, no lo hace, pero estoy de acuerdo en que la cita anterior parece conducir en esta dirección, es un poco demasiado pegadiza. Creo que muchos de los mecanismos a los que te refieres también están en su libro. Lo que intenta lograr es crear un marco coherente para estos fenómenos en su teoría de la innovación.
Hola @vonjd: estaba en medio de la edición cuando comentaste, da la casualidad de que incluye esa oración :) ¿podrías dar una explicación en tu pregunta de cuál es su teoría de la innovación?
Ningún problema. Cuando haga clic en el enlace que le di, encontrará una buena descripción general en las secciones "innovaciones en todas partes", "Hacia una teoría de la innovación", "¿Qué debe lograr una teoría de la innovación?" y "¿Qué tipo de información necesita una teoría de la innovación?" pero tal vez hay otros enfoques por ahí? Esta es la segunda parte de mi pregunta.
Aproximaciones hacia una teoría de la innovación en evolución
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