Modelos de evolución molecular en el espació fenotípico de fisher: teorías generales de la evolución molecular, el rol creativo de la selección natural y el rol de la pleiótropia génica en la tasa de evolución molecular

Abstract

Los modelos de evolución a nivel molecular suelen no contemplar los efectos que las mutaciones tienen sobre el fenotipo. exceptuando el efecto neto sobre la adecuación biológica . El modelo geométrico ele Fisher (FGM, en su abreviatma en inglés) es una excepción al respecto y en los ultimos quince años se ha incrementado notablemente su desarrollo y el número ele publicaciones que lo utili zan pa ra abord ar va ri ados problemas en la bi ología evolu t iva (véase Introd ucc ión). En esta tes is se utiliza el FGM para abord ar tresproblemas que se entroncan en cu esti ones clás icas ele la teo ría evolutiva y que s1guen abiertos hasta la fec ha.El primer problema aborda los obj eti vos ele las teorías ge nerales ele la evoluc ión molec ular, cuyas Jxeguntas pri ncipa les son: cuál es la fuerza evolutiva predominante en la evolu ción (m utac ión. se lecc ión. deri va), qué proporc ión ele tipos ele mutac iones sonsustituidas (neutra les. cas i-n eutrales, ve ntajosas, cle letéreas), y cuál es la relac ión entre latasa ele evo 1 ución molecu lar y el tamaí'ío de las pob 1 ac iones ( i nclepencl iente. creciente odecreciente). En el Capítulo 1 se in tmcl uce un modelo ele evo lu c ión molec ular en el FGM para caracte ri zar tanto un proceso evolu t ivo cas i-neutral ba lanceado en un am bi ente estable,como un proceso se lec tivo con va ri abilidad ambienta l. Los res ultados mostraron que el mode lo balanceado pred ice una tasa evo lu t iva dec rec iente con el tamaí'io poblacional, aligual que otms mode los cas i-neutrales. pero descarta que las mutaciones compensatori as puedan explica r la alta tasa el e sust itu ciones ventaj osas encontradas actualmente en losestudios de A DN ele el i fe rentes espec ies. como se ha supuesto prev iamente. El mode lo se lect ivo. por su parte. predice una inclepenclencia de la tasa ele susti tuc iones efectivamenteventajosas con el tamaño poblac ional. lo cua l es consistente con estudios empíricos recientes en Drosuphilu que no se han sabido interp retar. En ambos modelos, se encontró que ex iste una relación estrecha entre parámetros clave de la evolución molec ular, debido afactores que pueden interpretarse en términos biológicos y que apoyan un rep lanteamiento de la arbitrariedad con que suelen determinarse los parámetros en otros modelos de evolución molecular. Para llevar a cabo las simulaciones fue necesario perfeccionar previosmétodos de generación de vectores alca tmi os en un espacio multidimensional (Apéndice A). El segundo problema refiere al rol creativo de la se lección natural, un debate que com ienzo tras la publi cac ión ele Dal'\vin de l Origen de las Especies en 1859 y que continúahasta hoy . Se ha cuesti onado si la se lección natural puede exp li car el ori gen de los rasgos de los organi smos en la natural eza, pero el debate, tanto a favor corno en contra, se ha dadoprincipalmente en términos metafóricos y con poco sustento en prueba s empíricas. Por ello se hizo una rev isión ele los métodos ex istentes a la !'ec ha para probar adaptación en poblaciones naturales (Capítulo 2, Sección 1 ), donde se encontró que no ex iste en laactu alidod un método ele prueba cuyo objetivo sea probar el rol ele la se lecc ión natural en la formación de rasgos. aún cuando recientemente cien as aproximac iones se han podidocombinar para apun tar en esa dirección. En efecto. los métodos se han focali zado en eva luar el va lor adaptativo de los rasgos, es dec ir, en la mantención o propagación (y por lo tanto, también en la elin1in ación) de adaptac iones. En la Secc ión 2 del Capítulo 2 se introcluce un m ocle lo donde se intenta estudiar la posi b i 1 iclad ele comparar la probab i 1 idad de que un rasgo se adapte por azar con IR probab i 1 ida el de que se adapte por se lec e ión natural. Se encontró que es posible la adaptac ión ele un rn sgo por azar (i.e .. en un régimen dondepredomina la deri va aleatoria) para ra sgos ex tremadamente simples ( i .e., para un bajo número de el imensiones en el FGM ), pero la probabi 1 ida el decrece drásti camente para rasgos de mayor complejidad. Tambi én se propone un método heurístico ele prueba delefecto creativo de la se lección natural. Dada la abstracción del modelo, sus resultados se vuelven difcil es de contrastar empíricamente, pero se proponen algunas líneas de razonamiento que ti enden a promover futuros métodos de prueba empírica del efecto creativo de la se lección natural. En el Apéndice B se hizo una rev isión hi stó ri ca y un intento de formalización de los alca nces exp li ca ti vos ele la teo ría ele la se lección natural en términ os probabilí sti cos . Un tercer problema aborclaclo en es ta tes is corresponde a lo que se ha considerado un Prin cipio de la Evolución Molecul ar. a saber. que '' las moléculas o partes de mo lécul as funcionalmente más importantes evo lucionan más lento que las menos importantes". Recientes estud ios empíricos que han bu scado este pat rón en proteín as. mi diendo la importancia funcional ele éstas según su grado de pl eiotropí a. no han hallado este pat rón o se han encontrado resultados equívocos. En el Capítul o 3 se desa rrolló un modelo donde se simula la evo lución molecul ar ele genes con distin to grado ele pleiotrop ía. considerando su efecto feno típico en el FGM. Los ¡·es ultacl os mostraron que la ev id encia empíricamente encontrada podría ex pli ca rse tanto por un modelo cas i-neutral COITlO por un modelo se lectivo cuando se contemplan las consecuenc ias ele la compleji dad ele los efectos fenotípi cos ele las mutac iones sobre la tasa el e sustitu ción genéti ca . La versatilidad del FGM así como su én fas is en el fenoti po nos ha permi tido abord ar tres fundamentales e interrelacionados procesos evolutivos. aún cuando se centren en distintos ni ve les de organi zación biológica, abarca ndo o1·ga ni smos (Ca pítulo 1 ) . rasgos (Capí tulo 2) y genes (Capítulo 3).