La paradoja de la evolución molecular: por qué los genomas parecen neutros aunque la adaptación no se detiene

Para comprender por qué esto importa, hay que volver a una idea que lleva más de medio siglo instalada en el centro de la biología molecular. La Teoría Neutral de la Evolución Molecular, formulada en los años sesenta por el genetista japonés Motoo Kimura, proponía algo aparentemente razonable: la mayoría de los cambios genéticos que se acumulan en una población a lo largo del tiempo no son ni buenos ni malos. Son, sencillamente, neutros. La selección natural actúa con fuerza sobre las mutaciones claramente dañinas, las elimina, y deja pasar el resto casi sin filtrarlas. Ese «resto», en la visión de Kimura, es lo que moldea el registro molecular de la evolución.

Durante décadas, los datos parecían darle la razón. Al comparar genomas de distintas especies, los patrones de cambio molecular encajaban bien con un modelo en el que los cambios beneficiosos eran extraordinariamente raros. Pero un nuevo estudio liderado por el biólogo evolutivo Jianzhi Zhang, de la Universidad de Michigan, y publicado en Nature Ecology & Evolution, acaba de poner en cuestión esa imagen.

«Estamos diciendo que el resultado fue neutro, pero que el proceso no lo fue», explica Zhang. «Nuestro modelo sugiere que las poblaciones naturales no están verdaderamente adaptadas a sus entornos porque los entornos cambian muy rápido, y las poblaciones siempre van detrás.»

Más mutaciones útiles de lo que nadie esperaba

El equipo de Zhang analizó conjuntos de datos de escaneo mutacional profundo (una técnica que consiste en introducir cambios sistemáticos en un gen y medir cómo cada alteración afecta al organismo) procedentes de su propio laboratorio y de otros grupos. Los organismos utilizados fueron levaduras del género Saccharomyces y la bacteria Escherichia coli, ambos clásicos de la genética experimental.

Lo que encontraron fue un dato que chirría contra décadas de teoría: más del 1% de las mutaciones que cambian un aminoácido resultaron ser beneficiosas para el organismo en ese entorno concreto. Puede sonar a poco. No lo es.

En términos de teoría evolutiva, ese porcentaje implica que más del 99% de las sustituciones de aminoácidos deberían ser adaptativas. Y si eso fuera cierto, la evolución molecular tendría que ocurrir a una velocidad muy superior a la que se observa en la naturaleza. Ahí está la contradicción. Algo no cuadraba.

La evolución persigue un blanco que no para de moverse

La solución que propone el equipo de Zhang tiene un nombre técnico que se puede desgranar: Adaptive Tracking with Antagonistic Pleiotropy, es decir, seguimiento adaptativo con pleiotropía antagónica. En términos prácticos, significa que una mutación puede ser ventajosa hoy y convertirse en una carga mañana, dependiendo de lo que haga el entorno mientras tanto.

Si el entorno cambia antes de que esa mutación útil se extienda por toda la población, la ventaja se evapora. La mutación no llega a «fijarse», es decir, a hacerse universal en la especie. Y así, paradójicamente, una evolución repleta de mutaciones beneficiosas puede dejar un registro molecular que parece neutro: las huellas del proceso desaparecen antes de poder verse.

Para probarlo en condiciones controladas, los investigadores dividieron poblaciones de levadura en dos grupos. Uno evolucionó durante 800 generaciones en un entorno estable. El otro rotó por diez medios de cultivo distintos, pasando 80 generaciones en cada uno de ellos, hasta completar también las 800. En el grupo del entorno cambiante, las mutaciones beneficiosas aparecían, pero no tenían tiempo de extenderse antes de que el terreno cambiara de nuevo. El resultado: un patrón evolutivo que, visto desde fuera, recuerda al que predice la Teoría Neutral.

Las mutaciones beneficiosas existían. Solo que el entorno no les daba tiempo.

Cuidado con leer esto como el entierro de Kimura. El nuevo modelo no dice que la Teoría Neutral estaba equivocada, sino que reconcilia algo que hasta ahora parecía imposible de conciliar: los genomas se parecen a lo que la neutralidad predice, pero la maquinaria que los produce está continuamente en movimiento adaptativo.

¿Y nosotros?

Zhang no se limita a los organismos unicelulares. Señala que los seres humanos somos un caso particularmente interesante de esta dinámica, porque nuestro entorno ha cambiado de forma drástica y acelerada en los últimos miles de años. Algunos genes que podían ser ventajosos en los entornos donde vivían nuestros antepasados podrían estar hoy en un estado de desajuste con las condiciones actuales.

No es una idea nueva del todo: los estudios sobre la enfermedad cardiovascular, la obesidad o la diabetes de tipo 2 llevan años señalando que ciertos rasgos fisiológicos que en otro contexto habrían sido adaptativos hoy resultan problemáticos en entornos de abundancia y sedentarismo. Pero Zhang ofrece un mecanismo molecular concreto que explicaría por qué ese desajuste es casi inevitable.

«En cualquier momento en que observes una población natural, dependiendo de cuándo fue el último gran cambio ambiental, esa población puede estar muy mal adaptada o relativamente bien adaptada», dice Zhang. «Pero probablemente nunca veremos ninguna población plenamente adaptada a su entorno, porque una adaptación completa requeriría más tiempo del que casi ningún entorno natural puede mantenerse constante.»

Lo que queda por comprobar

Hablar de biología es complicado, y conviene ser precisos sobre el alcance de lo que este estudio demuestra, y sobre lo que todavía no. La mayor parte de los datos de escaneo mutacional profundo disponibles proceden de organismos unicelulares: levaduras y bacterias. No hay razón para asumir automáticamente que las mismas tasas de mutaciones beneficiosas se dan en organismos complejos como los animales, las plantas o los humanos, cuya biología genética es considerablemente más enredada.

El propio Zhang lo reconoce. El siguiente paso del laboratorio será buscar datos de escaneo mutacional en organismos multicelulares para ver si el patrón se repite. Y queda abierta una pregunta que el modelo no resuelve del todo: por qué, incluso cuando el entorno permanece relativamente estable durante mucho tiempo, las poblaciones siguen tardando tanto en alcanzar algo parecido a una adaptación completa.

Lo que Zhang y su equipo han propuesto es la pregunta correcta. La respuesta, seguramente, tendrá más capas.

Lo que el estudio sí establece con solidez es que la Teoría Neutral y la selección adaptativa no son rivales irreconciliables. Pueden ser, simultáneamente, ciertas: el proceso evolutivo está cargado de movimiento útil, y el registro que deja parece inmóvil. La evolución no va hacia la perfección. Va detrás de un blanco que nunca se detiene.