¿La selección natural actúa sobre genes o genomas?

¡Esta es una pregunta fascinante que ha mantenido a legiones de científicos discutiendo durante medio siglo! Si Adriana no me hubiera puesto en el lugar, no creo que tuviera el coraje de intentar responder, pero … aquí va.

Dos advertencias:

Primero, voy a responder esto más desde el punto de vista de los sistemas que desde el punto de vista académico. La teoría de sistemas y la teoría de la complejidad predicen que los sistemas complejos y autoorganizados seguirán ciertas formas que son fractales e independientes de la escala, con competencia y cooperación dentro y entre subsistemas y niveles de sistema como motivo recurrente. En algunos casos, elijo entre narrativas en competencia o puntos de vista científicos simplemente porque se ajustan mejor al esquema del sistema .

Y en segundo lugar, voy a simplificar demasiado, porque incluso entonces esto será demasiado largo. Entonces, por favor, comprenda que nada de lo que digo aquí resistirá un escrutinio crítico serio. Estoy tratando de obtener la descripción correcta, incluso si es a expensas de algunos detalles importantes.

Bien, dicho esto, la respuesta más simple es que:

La selección natural ocurre simultáneamente en todos los niveles posibles , siempre que haya una ventaja selectiva, ya sea para un solo alelo (versión de un gen en particular), una secuencia de genes y otro material genético, un genotipo, una población, una especie, un cultura, un ecosistema, o incluso una relación simbiótica.

Genes “egoístas”
En casos raros, un solo alelo puede “engañar” a otros genes si de alguna manera puede sesgar el proceso de meiosis o recombinación a su favor. Sin embargo, hacerlo puede reducir la aptitud de todo el organismo, lo que limita el éxito de esta estrategia. Si un alelo puede garantizar que todos los descendientes de ese organismo llevarán ese alelo, no sirve de nada si a la larga el alelo también hace que el organismo esté menos en forma y no deje descendientes.

Selección de genes
Un alelo que brinda a la mayoría de los individuos una ventaja en la supervivencia y la reproducción generalmente se extenderá a través de la población. Para la mayoría de nosotros, eso es lo que realmente significa “selección natural”. Pero tenga en cuenta que tiene que ser un alelo que funcione bien con otros genes en el genoma de la población. No existe el “estado físico” sin referencia a los posibles compañeros y descendientes del individuo portador del gen.

Selección de organismos
Todos los genes en el genoma de un organismo individual están colectivamente sujetos a selección a nivel de organismo. En este nivel, suponiendo que ninguno de los genes tenga defectos letales o paralizantes, lo más importante es qué tan bien este conjunto de genes (alelos) funciona en conjunto para crear un organismo que sea apto para sobrevivir y reproducirse en su entorno particular.

Sin embargo, el límite de esto es que su aptitud superior puede venir a expensas de su población reproductora, especie o ecosistema, lo que nuevamente pone un límite al grado de competencia en este nivel. Un ejemplo extremo: un gen para la agresión masculina alta y mortal en una especie por lo demás relativamente pacífica podría permitir que un solo individuo engendre el 100% de la próxima generación en la población reproductora local. Pero entonces todos los hijos que heredan el gen se gastarán en sangrientas batallas entre ellos, debilitando enormemente a esa población o incluso matándola si la especie depende de los machos para protegerse de los depredadores.

Selección de la población
La combinación de genomas en una sola población reproductora también puede competir contra otras poblaciones de formas complejas. Imagine que estamos hablando de un conjunto complejo de rasgos de alerta, concentración y ciclos de sueño en una especie social donde las bandas luchan con otras bandas por territorio. Puede haber docenas o cientos de genes involucrados, pero digamos que A es un grupo de genes que da lugar a individuos que se levantan temprano, se duermen temprano, se concentran muy bien, tienen poca agresión y se resisten a ser distraídos por estímulos aleatorios. Estos son trabajadores buenos, pacíficos y productivos. Y supongamos que B es un grupo de genes que da lugar a personas que son mucho más aleatorias con respecto a la hora de despertarse y dormir, son más agresivas, tienen dificultades para concentrarse en una sola cosa y están muy alertas ante nuevos estímulos. (Incluso podríamos decir que estas personas tienen TDAH o algún otro trastorno).

Una población de todo tipo podría ser muy productiva, pero también sería muy vulnerable a una incursión nocturna de tipo B inquieto y merodeador. Una sociedad de tipo B sería más difícil de colarse, pero sería mucho menos productiva. Y una sociedad con el 80% de A y el 20% de B podría vencer a los otros con facilidad, superando al grupo puro tipo A y superando al grupo puro tipo B.

¡Pero espera! ¿Qué significa “selección” en este caso? ¿Significa que los descendientes del grupo mixto reemplazarán a los grupos puros? Si las poblaciones están tan genéticamente separadas que no pueden cruzarse, eso es exactamente lo que significaría. Pero generalmente no lo son y no lo hace. Por lo general, significa que se seleccionará una determinada combinación de características para que un genotipo u otro sea “superior” o más “adecuado”. Esto ya no se trata de la idoneidad de ningún genotipo, sino más bien de la idoneidad de una combinación de genotipos. (Suena como genes vs genotipos, ¿verdad?)

A medida que cambien las circunstancias, tal vez un saldo 90/10 será mejor que un 80/20. Esto cambiará breve y temporalmente la ventaja selectiva hacia A, pero se basará en la selección entre grupos, no dentro de grupos o entre individuos. Y lo que gobierna el equilibrio cambiante es más probable que sea la evolución de un conjunto completamente diferente de genes, por ejemplo, genes para la selección de pareja, O una diferencia en la cultura / comportamiento aprendido. Y eso nos lleva a …

Selección cultural
La tecnología, los métodos de crianza de los hijos, la organización social, las ideas … todo esto marca la diferencia para determinar qué grupos triunfan y crecen y cuáles decaen y desaparecen. Nuevamente, esto no es necesariamente una selección genética. La cultura ganadora puede absorber a los otros individuos en lugar de destruirlos. Y el proceso es mucho más lamarkiano y caótico que la evolución genética. Sin embargo, ejerce un fuerte efecto selectivo en los individuos, dando una ventaja reproductiva a aquellos que se adaptan mejor a los requisitos cambiantes. Y una cultura que tiene una tecnología superior para hacer frente a su entorno proporciona una gran ventaja reproductiva a sus miembros.

Una vez más, sin embargo, el límite se siente cuando la selección favorece a una cultura de una manera que altera su entorno de manera negativa. El riego permite alimentar a muchas más personas, pero el riego sin drenaje eventualmente convierte un valle fértil en un desierto de sal. El aumento de la aptitud física en un nivel se puede negar si resulta en una aptitud física reducida en otro nivel.

Selección de ecosistemas
Una sola especie, al evolucionar de cierta manera, puede cambiar las presiones evolutivas sobre todas las otras especies en su entorno, empujándolas gradualmente hacia otros patrones. A medida que las otras especies se adaptan, eso cambia la presión selectiva sobre la primera especie y también sobre todas las demás. En un sentido muy amplio, sabemos que este proceso tiende a impulsar la evolución del ecosistema en la dirección de una mayor eficiencia en la captura de energía y recursos, y por lo tanto en la dirección de una mayor biomasa. Pero a corto plazo, puede parecerse mucho más a la caminata de un borracho, con muchas oleadas y colapsos.

Los efectos fundadores también pueden ser extrañamente poderosos. Esterilice cien parcelas idénticas de tierra y observe lo que sucede. Los colonizados por ciertas especies primero desarrollarán ecologías completas que a menudo son muy diferentes de las colonizadas inicialmente por diferentes especies.

Entonces, ¿qué le hace eso a la idea de selección natural y buena forma física? Tendemos a centrarnos en el gen y el individuo, pero la aptitud física solo tiene un significado en un contexto particular: la aptitud física para sobrevivir y reproducirse en esta ubicación, esta población, esta especie, esta ecología, este clima, este entorno. Y la paradoja es que cualquier cambio sostenido en los genes y genotipos tiene el potencial de desencadenar cambios en los sistemas más grandes que le dan significado a la “aptitud física”.

Hay competencia en todos los niveles, pero siempre tiene un límite: si “ganar” en un nivel significa “perder mucho” en un nivel diferente, la ventaja selectiva será de corta duración.

Cada evento de selección granular, es decir, determinar la aptitud de un individuo, debe actuar necesariamente en un genoma completo. La única forma en que se puede propagar un gen es si es parte de un genoma “ganador” que confiere una ventaja selectiva suficiente para ser parte de lo que se transmite a otra generación de individuos. Si un gen “bueno” es parte de un genoma lleno de turds, probablemente no se transmitirá.

Dada la cantidad de variabilidad entre los individuos de una especie, el caso en que los genomas de dos individuos en competencia directa difieren SOLAMENTE en un gen es increíblemente raro, por lo que cada evento de selección no pregunta estrictamente si un alelo de un gen es “mejor” “, pero si el genoma de un individuo es lo suficientemente bueno como para permitir que ese individuo se reproduzca.

Las preguntas sobre alelos de genes “más aptos” en realidad solo pueden responderse en conjunto para las poblaciones silvestres: puede medir la frecuencia de todos los alelos posibles de un gen determinado y determinar cuál es el más frecuente, pero eso no significa necesariamente que eso el alelo confiere una ventaja definitiva. Sin experimentación genética directa, ha establecido una correlación entre un alelo y la aptitud física, en lugar de cualquier tipo de efecto causal. Esta es la razón por la cual prácticamente todas las cepas de laboratorio de organismos modelo son endogámicas para una homocigosidad total, de modo que se puedan realizar experimentos con respecto a la aptitud (o falta de ella) de alelos específicos.

Vea algunas buenas respuestas sobre una pregunta relacionada aquí: ¿La selección natural selecciona el gen, el individuo o el grupo?

Lo primero que hay que entender es que la evolución por selección natural es una teoría, lo que significa que es un modelo para describir el mundo (específicamente, cómo vemos tanta diversidad adaptada). No describe todas las circunstancias. Entonces, no es sorprendente que no vaya a funcionar en todas partes. O puede tomar una vista aún más matizada y decir que solo depende de cómo encuadre la situación. Para un buen ejemplo de por qué prefiero una visión pluralista, considere a los humanos y cómo la cultura influye en nuestra evolución. Soy biólogo, pero los modelos de ciencias sociales explican mejor la evolución humana en los últimos 4000 años que la biología.

Si quieres algunos ejemplos:
Como criador, selecciono rasgos específicos, que a menudo sé que se basan directamente en los mismos genes. Incluso podría usar marcadores moleculares. Cuando mato el 75% de mis plantas con un hongo, seleccionando estos genes de resistencia a las enfermedades, que se ajusta al modelo centrado en los genes .

Sin embargo, no se libera cultivar (comercializado) basado en unos pocos genes. En última instancia, lo que se lanza es una sola línea, con sus combinaciones de genes. Los fitomejoradores tienen poca comprensión de cómo interactúan los genes en combinación, solo sé que sí interactúan. Esto se describe claramente mejor como selección individual .

… Sin embargo, al mismo tiempo, estoy seleccionando un entorno de cultivo. No estoy seleccionando el mejor individuo, sino el mejor genotipo que crece en una población. Podría llamar a esa selección de población.

Un ejemplo sencillo de selección de grupo en mi opinión son las extinciones en masa. Todos los dinosaurios no terópodos (estoy tratando de excluir a las aves) ahora están extintos. Esto se describe mejor como selección de grupo, que tiende a ser realmente obvio a escalas geológicas. Alternativamente, continuando con mi ejemplo de fitomejoramiento, el tabaco cultivado puede estar prohibido en el futuro. Eso se ajusta bastante bien a la selección grupal .

Creo que probablemente se está refiriendo a la “teoría egoísta de los genes”, también conocida como visión centrada en los genes de la evolución: http://en.m.wikipedia.org/wiki/S

El artículo de Wikipedia es muy completo y espero que ayude.
La teoría de los genes egoístas siempre me ha causado un poco de dolor de cabeza, ya que he seguido el campo a lo largo de los años, y personalmente no soy un gran admirador de la visión centrada en los genes de la selección natural como el único o el objetivo principal de la naturaleza. selección. Estoy más inclinado hacia la vista de varios niveles. Todavía es un tema muy debatido pero no tan acalorado como hace unas décadas, mientras Stephen Jay Gould estaba vivo y en su mejor momento; Realmente no le gustaba la teoría egoísta de los genes.

Este otro artículo de Wikipedia también puede ser útil: http://en.m.wikipedia.org/wiki/I

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