Darwin cada vez tiene más razón

  • La Universidad de Santiago y la de Stanford han liderado un estudio que complementa la teoría de la ‘selección natural’ de Darwin y mejora la comprensión que tenemos de los procesos evolutivos que afectan a los seres vivos. Demostraron que los cambios evolutivos que se transmiten de madres a hijos, pero que no modifican el ADN, son capaces de influir en la evolución de las plantas.

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  • Esta investigación liderada por la USC y Stanford revela cómo la evolución de los seres vivos está también determinada por cambios moleculares heredados de los progenitores e inducidos por el ambiente directamente sobre los individuos, sin que se produzcan modificaciones en la secuencia del ADN, un factor no contemplado en la selección natural de Darwin.
  • Demuestran que el ataque de herbívoros en plantas produce un despliegue de defensas en su progenie a lo largo de su ciclo de vida de jóvenes a adultas, un proceso que permanece oculto hasta que se detecta dicha amenaza, reduciendo el costo de recursos.
  • En concreto, han comprobado cómo las orugas que atacan al rábano salvaje inducen mediante mecanismos moleculares a la producción de defensas heredadas directamente por plantas hijas, lo que evidencia que los factores ambientales pueden actuar como un “atajo” para el cambio evolutivo complementario a la selección natural, influyendo decisivamente en la expresión de los genes mediante procesos epigenéticos (mecanismos que ocurren en el exterior de los genes y que modifican su expresión).

Un estudio llevado a cabo por la Universidad de Stanford, la Universidad de Santiago de Compostela, la Misión Biológica de Galicia (CSIC) y la Universidad de California-Davis, ha demostrado cómo los seres vivos, en concreto las plantas, pueden desarrollar procesos adaptativos al ambiente, heredables directamente por sus descendientes que no están determinados por la secuencia del ADN.

Un hallazgo que complementa la teoría de la selección de Darwin, tal y como explica Mar Sobral, la primera autora del artículo, quien indica que: “hasta hace menos de una década se pensaba que el cambio evolutivo estaba determinado exclusivamente por la secuencia del ADN o genes, sin embargo, los estudios en epigenética están demostrando que existen mecanismos moleculares capaces de alterar los genes sin modificarlos para desarrollar una respuesta defensiva ante el entorno”.

Esta investigación publicada en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS), reconocida como una de las tres revistas científicas más prestigiosas del mundo, ha comprobado que los rábanos salvajes atacados por orugas son capaces de generar mecanismos de defensas físicas y químicas, mediante cambios moleculares como la generación de glucosinolatos, que hacen que tengan un sabor desagradable para las orugas, o desarrollar pelillos foliares que repelen a estos depredadores.

Un proceso llamado metilación que se transfiere a sus hijos, los cuales desarrollan una memoria heredada que activa las mismas defensas anti-herbívoras desarrolladas por sus progenitoras cuando se enfrentan a amenazas semejantes a las vividas por sus madres.

Un “atajo” evolutivo

Las principales conclusiones extraídas de este estudio permiten establecer, según apunta Mar Sobral, “que los factores ambientales influyen decisivamente en la expresión de los genes, y que al ser heredados cambian el desarrollo de las plantas durante su ciclo de vida y proporcionan un potencial atajo en el cambio evolutivo”.

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Los resultados de este estudio, en el que se analizaron las respuestas de rábanos salvajes desde su nacimiento hasta su etapa adulta ante el ataque de orugas, apunta, en primer lugar, a que estas defensas físicas y químicas en plantas pueden ser inducidas mediante cambios en el ambiente, tanto en plántulas o plantas jóvenes como en adultos. Una evidencia que resultó de comparar los efectos en plantas jóvenes atacadas por orugas con las que no fueron atacadas, observando que las primeras desarrollaron hasta 2 veces mayores defensas que las plántulas que no habían sido atacadas, y lo mismo sucedió en las plantas adultas pero en menor medida.

En segundo lugar, y en relación a la herencia de estas defensas, esta investigación concluye que las plántulas cuyas madres han sufrido herbivoría muestran 2,5 veces más defensas físicas (pelillos foliares) que las plántulas con madres sin experiencia. En cuanto a las defensas químicas, este mismo patrón se repite de forma menos acentuada entre plantas adultas con madres que han sufrido herbivoría, las cuales mostraron 1,3 veces más defensas que las plantas adultas cuyas madres no tenían una experiencia previa.

Efecto transgeneracional

Por último, en los experimentos desarrollados en este estudio, han observado que existe un efecto transgeneracional que se transmite de madres a hijos, los cuales heredan los cambios moleculares defensivos desarrollados por sus progenitores, y por tanto no necesitan desarrollar nuevos cambios epigenéticos sino que los tienen guardados en su memoria celular.

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Para comprobar esto, se compararon plantas atacadas y no atacadas por orugas, tanto de madres con experiencia como sin ella. Los resultados indicaron que las plántulas de madres que han sufrido herbivoría no desarrollan cambios celulares significativos ante el ataque porque, según indica este estudio, “han heredado estos cambios moleculares”.

Otro resultado de este estudio que viene a confirmar este efecto transgeneracional, es que ante un ataque herbívoro la progenie de madres con experiencia presenta una alta capacidad para desarrollar las mismas defensas físicas (pelillos foliares) que sus progenitoras después de exponerse al mismo desafío de herbivoría. Y en cuanto a las defensas químicas (mal sabor), han observado que después de experimentar daño por herbívoros, la progenie adulta de madres con experiencia mostró una respuesta más fuerte que las hijas adultas de madres que no fueron expuestas, 1.4 veces mayor.

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Seres vivos más preparados al entorno, nuevas vías de investigación

Estos cambios moleculares evidenciados en las plantas de rábano silvestre en respuesta a la herbivoría pueden considerarse “ecológicamente beneficiosos” ya que, tal y como explica este estudio, “funcionan como defensas eficaces contra el ataque de herbívoros, mejorando el estado físico de la planta.” Esta capacidad heredada de generar defensas supone además una estrategia de ahorro de costos, porque sólo se desarrolla cuando es necesaria, es decir, cuando el riesgo de daño lo confirman las plantas o sus madres.

Este estudio demuestra que estos efectos transgeneracionales son acumulativos y no se limitan a la etapa juvenil, sino que se conservan durante la vida de la planta, generando plantas más preparadas para defenderse del entorno como resultado directo de las condiciones ambientales percibidas por las generaciones anteriores, una variación que evidencia, en palabras de Mar Sobral, “que las interacciones ecológicas relacionadas con la selección natural de las poblaciones también generan cambios directos en los individuos, y en la trayectoria vital de sus descendientes, complicando así la dinámica evolutiva”.

Los estudios sobre las alteraciones epigenéticas, mecanismos que ocurren en el exterior de los genes y que modifican su expresión, empiezan a desarrollarse en los años 60, sobre todo, en el campo de la medicina del cáncer, donde se ha reconocido que la epigenética influye en la aparición y progresión del cáncer humano y está siendo estudiada para buscar aplicaciones en el diagnóstico y la terapia de esta enfermedad. Hoy en día la epigenética se estudia también en otros campos, además de la ecología y el cáncer, como puede ser por ejemplo la lucha contra la Malaria.

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