Un estudio del CSIC sugiere que la selección natural no siempre optimiza la tasa de mutación
Los autores estiman que, en situaciones que intercalan momentos de gran adaptación al medio con otros de poca adaptación, la tasa de mutación está por debajo del valor óptimo
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Un estudio, con participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha concluido que, en ambientes complejos, la selección natural no establece estrategias a largo plazo y no logra optimizar la tasa de mutación, es decir, la frecuencia con la que muta el genoma de los seres vivos para adaptarse. El trabajo, que aparece publicado en el último número de PLoS Computacional Biology, implica nuevos avances en el campo de la Biología Evolutiva. La investigación sugiere que la tasa de mutación está relacionada con la rugosidad del paisaje de eficacias. Este concepto es una metáfora del proceso evolutivo de las especies, en la que las cimas del paisaje representan las zonas de gran eficacia biológica y los valles, lo contrario. Para adaptarse hay que alcanzar una cima y este recorrido se realiza a través de las mutaciones.
El investigador del CSIC Santiago F. Elena, uno de los autores del artículo, aclara sus conclusiones: “Uno de los problemas más interesantes en Biología Evolutiva es el de la optimización de los caracteres. Dicho de otro modo, la selección natural no tiene una visión a largo plazo y solamente actúa a corto plazo. Como consecuencia, se pueden fijar en los organismos características que les sean beneficiosas en un momento dado, pero que después condicionen negativamente su futuro evolutivo.”
El trabajo concluye que, en paisajes rugosos (situaciones que alternan picos de alto grado de adaptación con valles de muy poca adaptación), la tasa de mutación evolucionaba hacia valores por debajo del óptimo. El estudio sugiere que, en las citadas situaciones rugosas, la población se concentra en un pico: todos los individuos de la especie están adaptados a las condiciones que les rodean. Al encontrarse en esta situación, la selección natural tiende a minimizar las mutaciones porque, si se generan muchas, pueden acabar siendo perjudiciales para la supervivencia de la especie en ese momento y condiciones.
“Dicho de otra manera, la selección tenderá a minimizar el efecto negativo que a corto plazo tienen las mutaciones, sin tener en cuenta los posibles beneficios a largo plazo”, apunta Elena, que desarrolla su actividad en el Instituto de Biología Molecular y Celular de las Plantas (centro mixto del CSIC y de la Universidad Politécnica de Valencia).
“Si empiezan a aparecer mutaciones, los mutantes serán menos eficaces y se deslizarán pendiente abajo (la población se deslocaliza). Pero los que siguen en la cima siempre serán mejores que los que estén algo más abajo y, por tanto, dejarán más descendencia y acabarán eliminando a los menos eficaces: la selección natural hace su trabajo y elimina a los peores. Entonces, ¿de qué sirve tener una tasa de mutación alta? De poco. Aquellos que la tengan tendrán una desventaja porque sus descendientes serán, en promedio, menos eficaces y su linaje se extinguirá”, concluye el investigador del CSIC.
Para el desarrollo del estudio, los investigadores han desarrollado modelos informáticos. En un primer momento, se determinaron cuál era la tasa de mutación óptima, es decir, aquella que maximiza la velocidad de adaptación de los organismos a un nuevo ambiente. A continuación, permitieron que esos mismos organismos –desarrollados de forma virtual- evolucionasen su propia tasa de mutación partiendo de valores por encima y por debajo del óptimo.
Clune, J., Misevic, D., Ofria, C., Lenski, R.E., Elena, S.F., Sanjuán, R.) Natural selection fails to optimize mutation rates for long-term adaptation on rugged fitness landscapes. PLoS Computational Biology.
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