Soy algo nuevo en biología evolutiva, ya que la estudié en mi tiempo libre como estudiante de informática. Hay una cosa en particular que siempre me ha molestado para la cual no he visto un buen tratamiento, la relativa a las adaptaciones al medio con respecto a la diversidad genética. Si es posible que una población se adapte a los cambios ambientales rápidos, y no tienen una adaptación para lidiar con el cambio directamente (como un cerebro complejo), me parece que cada generación debe tener presente dentro de ellos casi todos los posibles. adaptación ambiental que la población es capaz de expresar (incluyendo muchas irrelevantes y algunas relevantes para el desafío ambiental particular). De lo contrario, puede llevar demasiadas generaciones lidiar con un cambio, lo que puede ser desastroso para la población.
Entonces mi pregunta sería: ¿cómo explica un biólogo evolutivo la mecánica detrás de la capacidad de una población para adaptarse rápidamente? ¿Son la mayoría de los cambios ambientales lo suficientemente lentos o graduales como para que la población tenga algunas generaciones para encontrar las mutaciones que le permitirán sobrevivir y, en general, han tenido éxito en este sentido durante 3.500 millones de años? O bien, ¿la gran mayoría de las posibles adaptaciones están presentes en casi todas las generaciones, y simplemente no tienen ningún propósito o ventaja para la mayoría de la población si el "beneficio" provisto no es necesario (es decir, son efectivamente neutrales)? ¿O algo intermedio?
Es una buena pregunta. Sin embargo, la pregunta es difícil de responder porque
Su pregunta, tal como la entiendo, se puede formular como
¿Tienen las poblaciones naturales suficiente variación genética para responder directamente a un cambio ambiental o tienen que esperar a que se cree esta variación a través de mutaciones?
Para abordar esta pregunta, debo suponer que tiene un nivel intermedio de conocimiento en biología evolutiva.
¿Cómo llamamos a estas dos alternativas?
La adaptación puede ocurrir a través de la selección en:
¿Cómo podemos distinguirlos?
Esta sección se inspira principalmente en Barrett y Schluter (2008) .
La adaptación de la variación genética permanente y de las mutaciones de novo tiende a producir una firma genética diferente.
En comparación con las mutaciones de novo , es probable que la adaptación a partir de la variación genética permanente conduzca a
Notará que mis explicaciones no son exclusivas y se superponen. Todos ellos se reducen a
Si tiene dificultades para comprender estos conceptos, quizás desee echar un vistazo al teorema fundamental de Fisher , el equilibrio entre mutación y selección y, finalmente, seguir algún curso de nivel intermedio sobre el mecanismo de la selección natural.
¿Qué mecanismo es más común?
¿Ocurre la mayor parte de la adaptación a través de la selección sobre mutaciones de novo o mediante la selección sobre la variación genética permanente? Esta pregunta es muy difícil de responder. Depende de
1. El tipo de adaptación
Es probable que la respuesta difiera dependiendo de si estamos hablando de
2. La población de interés
Diferentes poblaciones conservan diferentes niveles de diversidad genética. Este nivel de diversidad genética depende de
Ejemplo
Los espinosos de tres espinas están presentes en agua salada y agua dulce. Ocupan varios cuerpos de agua dulce geográficamente aislados (conectados por agua salada). Todas las poblaciones presentes en ambientes de agua dulce muestran rasgos fenotípicos similares. Primero pensamos que los espinosos se han adaptado repetidamente a estos hábitats de agua dulce (evolución repetida) a través de mutaciones de novo . Sin embargo, algunos artículos sugieren que, dado que la población marina de espinosos es tan grande, es posible que exista una variación genética permanente para estos rasgos que se seleccionan en los hábitats de agua dulce. A continuación se presentan algunos documentos de interés.
¡Gran pregunta! Muchas cosas afectan la rapidez con que una población o especie puede adaptarse a un nuevo entorno, incluido el tamaño de la población, la tasa de mutación, el tiempo de generación, la diversidad genética permanente y la presión selectiva.
La diversidad de la vida abarca prácticamente todas las combinaciones de esas variables. Una población bacteriana muy bien podría contener suficiente diversidad para permitir que una parte de la población supere un cambio rápido. De hecho, aplicar antibióticos a una población bacteriana y contar los sobrevivientes es una medida común de las tasas de mutación.
Por otro lado, los organismos con poblaciones pequeñas y tiempos de generación prolongados tendrán muchas menos probabilidades de superar un cambio ambiental rápido. Por eso existe tanta preocupación por los cambios antropogénicos en el medio ambiente, incluido el cambio climático.
Es difícil dar una respuesta definitiva, ya que "cambio rápido" es un término relativo y se desconoce la dificultad de adaptarse. Algunas adaptaciones sorprendentes pueden ser causadas por una mutación de un solo par de bases, como en los escarabajos y las mariposas monarca que son insensibles a los compuestos tóxicos de las plantas.
Es importante señalar que la selección natural se basa en la aptitud relativa . Por lo tanto, una mutación adaptativa se extenderá porque es probable que los portadores estén más en forma que todos sus vecinos. Esto no significa necesariamente que los individuos sin la mutación mueran o no se reproduzcan, solo que aquellos con la mutación lo harán mejor.
Del mismo modo, la adaptación no es necesariamente causada por el cambio del entorno y la eliminación de todos, excepto de unos pocos mutantes afortunados, como en el ejemplo de las bacterias. En cambio, el cambio ambiental podría dificultar las cosas, pero mientras la población pueda persistir, las mutaciones continuarán ingresando a la población, lo que podría conferir una ventaja selectiva contra el cambio. Entonces, no, una población no lleva (no puede) llevar todas las adaptaciones posibles. Una población no puede adaptarse a un entorno que no ha encontrado.
Finalmente, vale la pena señalar que una especie puede expandir su área de distribución a través de la migración. Un entorno nuevo e inadecuado puede actuar como un sumidero de migración (es decir, los migrantes llegan allí pero no logran establecerse) para una población cercana. Si esto sucede durante el tiempo suficiente, algunos de los migrantes pueden tener una mutación que les permita establecerse en el nuevo entorno.
La selección y el proceso de adaptación
La variación genética para la aptitud es el factor determinante de la rapidez con la que puede ocurrir la adaptación . Esto se resume dentro de lo que se conoce como Teorema Fundamental de Fisher :
La tasa de aumento de la aptitud de cualquier especie es igual a su variación genética en la aptitud.
La adaptación es un proceso resultante de dos componentes, la selección y la variación genética. La importancia de la variación genética es capturada por la ecuación de criadores, donde la magnitud de la respuesta adaptativa, , es el producto de la selección, y la variación genética, :
Si no hay variación genética en la aptitud, no puede haber adaptación. Esto se debe a que la evolución adaptativa se basa en la genética siempre cambiante de una población. Si no hay variación en la generación parental, entonces la variación reproductiva (diferente éxito reproductivo entre los individuos de la generación parental) no afectará la frecuencia de los alelos. La adaptación ocurre porque el éxito reproductivo está conectado con el genotipo de un individuo. La selección puede producir una respuesta actuando sobre una variación genética permanente o actuando sobre una nueva variación genética como la introducida por mutación.
Si un entorno cambia rápidamente, puede ocurrir una respuesta rápida , siempre que haya suficiente variación genética para permitir una respuesta. Por ejemplo, un cambio en el medio ambiente actuó sobre la variación genética en los pinzones de Galápagos , lo que provocó una rápida adaptación a múltiples nichos. De lo contrario, cuando la variación genética sea insuficiente, las especies tendrán dificultades para adaptarse , como es probable que ocurra con el cambio climático rápido y en curso, y en el futuro para las especies que atraviesan cuellos de botella genéticos . Cualquier caso en el que la selección sea demasiado fuerte durante períodos prolongados dará como resultado la extinción de la población por falta de adaptación.Por ejemplo, mediante la aplicación de antibióticos a infecciones bacterianas, si no hay miembros de la población bacteriana afectada que porten genes de resistencia, la población desaparecerá, pero si hay individuos resistentes, la población se adaptará (solo los individuos resistentes continuarán). Reproducir).
Es posible que desee leer más sobre el modelo geométrico de adaptación de Fisher , incluido este artículo , y el equilibrio de selección de mutación (-deriva) . Aquí hay un buen artículo sobre la genética cuantitativa de la adaptación.
Está claro que la evolución impulsada por el clima ha moldeado las plantas en el tiempo profundo y dentro de las poblaciones existentes. Sin embargo, es menos seguro que la evolución adaptativa pueda proceder lo suficientemente rápido como para mantener la aptitud y la estabilidad demográfica de las poblaciones sujetas al cambio climático contemporáneo excepcionalmente rápido.
Esteban R.
lavidaenlosárboles