En el libro Darwin Devolves, Michael Behe ​​argumentó que las adaptaciones que observamos en la naturaleza proceden de embotar o romper genes, como marineros desesperados en una tormenta que intentan sobrevivir tirando cosas por la borda. Su analogía más memorable es que tirar los asientos y el capó de un automóvil es una ventaja si su principal preocupación en este momento es el consumo de combustible. Recientemente, los evolucionistas argumentaron algo similar: la pérdida de función puede ser adaptativa. Como ha señalado Casey Luskin, lo hicieron sin reconocer la perspicacia de Behe.

Escribiendo en la revista Nature Heredity (acceso abierto), J. Gray Monroe et al. discuten «La genómica poblacional de la pérdida de función adaptativa».

Los descubrimientos de la eliminación de genes adaptativos y las pérdidas generalizadas de genes completos han llevado en los últimos años a un replanteamiento importante de la visión inicial de que los alelos con pérdida de función casi siempre son deletéreos. En la actualidad, los estudios de la diversidad genómica de la población revelan una gran pérdida de función y variación en el contenido de genes, sin embargo, se desconoce la importancia adaptativa de gran parte de esta variación. Aquí examinamos la dinámica evolutiva de la pérdida de función adaptativa a través de la lente de la genómica de poblaciones y consideramos los desafíos y oportunidades de estudiar los alelos de pérdida de función adaptativa utilizando modelos de genética de poblaciones. [Énfasis añadido.]

Examinan la posibilidad de una «selección positiva» resultante de la pérdida de genes o de la función. Tenga en cuenta que la «selección positiva» para un neodarwinista no significa necesariamente que haya surgido algo nuevo e innovador; solo significan que un genotipo en particular ha aumentado en frecuencia (o al menos no ha desaparecido) y, por lo tanto, debe haber sido «seleccionado» de forma natural. Uno puede pensar en automóviles sin asientos ni capó que proliferan en un entorno donde el alto rendimiento de la gasolina es la «presión de selección» predominante.

Generación del pop de la vieja escuela

La genómica de poblaciones como disciplina se estandarizó a través de los modelos matemáticos de Haldane y Kimura y otros entre las décadas de 1920 y 1960.

La genética temprana empleó un concepto funcionalmente definitivo de un alelo. Los alelos se trataron como unidades locales de herencia en función de su efecto funcional, observado a nivel fenotípico. Como tal, en el lugar donde se experimenta una pérdida adaptativa de la función, las variantes (potencialmente múltiples) que causan el rasgo adaptativo deben actuar colectivamente como un solo alelo, incluso si se deben a eventos mutacionales independientes. Si, por ejemplo, este conjunto de variantes funcionalmente idéntico experimenta una selección positiva, se comporta como un solo alelo de acuerdo con las predicciones de la teoría genética de poblaciones clásica, aumentando en frecuencia hasta la fijación. De hecho, los modelos fundamentales de genética de poblaciones se adaptan a la mutación recurrente y predicen que la adaptación a menudo implicará múltiples orígenes mutacionales independientes dados tamaños de población realistas, coeficientes de selección y tasas de mutación. Pero si nos encontramos con tales casos a través del análisis de la secuencia de ADN solo, podemos tener problemas para encontrar que las variantes de secuencia solo exhiben la dinámica evolutiva esperada de los alelos clásicos cuando se consideran como unidades funcionales agregadas, pero no cuando se analizan individualmente. [Se omiten las citas internas.]

El resultado fue que la generación de que «el pop clásico» era agradable en teoría, pero difícil de demostrar en el trabajo de laboratorio. Es posible que un genetista no esté al tanto de todos los componentes de los “alelos clásicos” y se sorprenderá al encontrar un fenotipo aparentemente bien adaptado que funcione bien con un gen faltante o roto. Algunos genetistas postularon en tales casos que se había producido un «barrido suave» en el linaje, eliminando a los individuos que poseían el gen funcional.

Por el contrario, los barridos duros de una única variante adaptativa se describieron durante la era en la que predominaba la opinión de que las mutaciones con pérdida de función eran necesariamente deletéreas, y la adaptación solo podía proceder a través de alelos de ganancia de función mutacionalmente raros. Dicha dinámica histórica habla de la interconexión, intencional o no, entre las ideas sobre la base molecular funcional de la adaptación y los avances en el desarrollo de modelos y teorías genéticas de poblaciones.

Desafortunadamente, las estadísticas de genética poblacional basadas en la expectativa de que los alelos adaptativos son mutacionalmente raros funcionan mal cuando se viola esta suposición.

Monroe y col. Continúan con ejemplos que funcionan mal cuando violan el supuesto de que la pérdida de mutaciones de función debe ser necesariamente perjudicial. En algunos casos, el fenotipo puede parecer neutral o incluso adaptativo.

Generación pop nueva y mejorada

Ahora que las secuencias de genes completos se están volviendo comunes, las nuevas técnicas de gen pop basadas en estadísticas de pruebas funcionales son valiosas, pero «pueden producir resultados sorprendentes», dicen. Las firmas de selección purificadora (la eliminación de mutaciones deletéreas) pueden desaparecer. Una mutación con pérdida de función puede parecer neutra o inofensiva en una población genéticamente diversa. Los genetistas deben aprovechar los modelos y métodos de la generación del pop «funcionalmente definitivos».

Las aceleraciones en las tecnologías de secuenciación del genoma completo y la capacidad mejorada para clasificar variantes previamente crípticas de pérdida de función pueden facilitar una nueva generación de modelos y métodos genéticos poblacionales funcionalmente definitivos. Esto no solo sería valioso para mejorar la capacidad de comprender las fuerzas que dan forma a la pérdida de función intraespecífica, sino que, de manera más general, promovería una resíntesis entre los estudios de variación de la secuencia molecular y la concepción de los alelos basada en la función de la teoría genética de poblaciones temprana.

Hasta ahora, Monroe et al. sólo han sugerido que las mutaciones con pérdida de función pueden ser neutrales o adaptativas. No dan ningún ejemplo convincente de selección positiva después de una mutación de pérdida de función. Solo fomentan el uso de los nuevos modelos y métodos para evitar que se pierdan casos de «pérdida de función beneficiosa y adaptativa»:

Por ejemplo, se encontró que la pérdida de función en SLC30A8 estaba fuertemente asociada con un menor riesgo de diabetes tipo 2 cuando todas las variantes de pérdida de función se colapsaron en un solo estado de alelo, identificando así su producto proteico como un objetivo terapéutico prometedor para tratar la diabetes. . Ahora que los datos de la secuencia del genoma completo de la población están disponibles en especies modelo y no modelo, este enfoque ahora puede ser aplicado fácilmente por biólogos evolutivos a escalas amplias del genoma para descubrir alelos con pérdida de función que contribuyen a la evolución fenotípica en poblaciones.

Los nuevos modelos y métodos representan «la diversidad genética como una matriz de alelos genéticos funcionalmente relevantes en lugar de una matriz de variantes de secuencia de ADN». Examinadas de esta manera, las variantes de pérdida de función tenderán a destacarse. Pero no deben descartarse como perjudiciales. Pueden ayudar al automóvil a obtener un mejor rendimiento de la gasolina.

En su sección «Perspectivas y comentarios finales», los autores plantean varias preguntas de investigación que los nuevos modelos y métodos de la generación del pop pueden inspirar.

Los alelos con pérdida de función alguna vez se consideraron un modelo de variación genética deletérea. Hoy ha surgido una apreciación más matizada de su papel potencial en la adaptación. Este nuevo paradigma inspira investigaciones sobre cuestiones más profundas sobre las causas y consecuencias de la adaptación por pérdida de función genética. Por ejemplo: ¿Las especies o poblaciones difieren en su capacidad de adaptarse a través de la pérdida de función y, de ser así, por qué? ¿La alta tasa de mutación efectiva de los alelos con pérdida de función conduce a sesgos en las probabilidades de diferentes resultados evolutivos? ¿Cuál es la contribución de la pérdida de función adaptativa a los fenómenos de pleiotropía antagónica y aislamiento reproductivo? ¿Cómo afecta la adaptación por pérdida de función las trayectorias evolutivas a largo plazo de las poblaciones y la evolución futura? Los avances técnicos en curso prometen ampliar el estudio de los alelos con pérdida de función que experimentan una selección positiva para la investigación genómica de poblaciones para abordar estas preguntas. En términos más generales, estas líneas de investigación proporcionan caminos hacia el avance de herramientas y conceptos que facilitan una síntesis continua entre la genómica molecular funcional y la teoría genética de poblaciones clásica.

Una pregunta que los autores dejaron fuera debe estar rondando las cabezas de los defensores del DI. ¿Cómo vas a conseguir alas y ojos mediante la “pérdida de función adaptativa”? Es posible que el automóvil esté acelerando en la carretera de manera deportiva con un alto rendimiento de combustible, ¡pero el asiento y el capó que se tiraron no regresan con más sustracciones!

Esta es la última versión del concepto de «evolución por sustracción» discutido en Evolution News en 2013 y nuevamente en 2015, cinco años antes del libro Darwin Devolves de Behe. La conclusión entonces sigue siendo pertinente ahora: «Entendemos la resta, pero queremos saber más sobre la suma».

Artículo publicado originalmente en inglés por Evolution News & Science Today