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¿Aceleran los cambios ambientales extremos la evolución de las especies?

Mario Pedraza-Reyes

1Instituto de Investigación en Biología Experimental (IIBE), Facultad de Química, Universidad de Guanajuato. P.O. Box 187. Guanajuato, Gto. 36050. MEXICO.

Domicilio del autor: Instituto de Investigación en Biología Experimental (IIBE), Facultad de Química, Edificio L, Facultad de química, Universidad de Guanajuato, Noria Alta S/N, Guanajuato, 36050, Gto. MEXICO. Phone: (473) 73 2 00 06 Ext 8161. Fax: (473) 73 2 00 06 Ext 8153. E-mail:pedrama@quijote.ugto.mx.

 

De acuerdo a la teoría del Darwinismo, las mutaciones surgen de manera espontánea durante el crecimiento de los organismos sin que el medio ambiente influya en su generación (Luria, 1943). No obstante, diferentes autores a lo largo de la historia han propuesto que los métodos de selección, y por ende, el medio ambiente pueden influir en la generación de las mutaciones, mediante un tipo especial de mutagénesis denominada “mutación adaptativa” (Cairns y col., 1988; Yasbin y Pedraza-Reyes, 2004).

La mutación adaptativa o mutación en fase estacionaria se refiere a las alteraciones del material genético que permiten el crecimiento y propagación de los organismos en respuesta a un mecanismo de selección natural o artificial (Sung y Yasbin, 2003). A este respecto, se ha propuesto que durante periodos de estrés nutricional, dentro de un cultivo bacteriano, existen diferentes subpoblaciones celulares que generan diversidad genética. Es posible que alguna de estas subpoblaciones incremente su frecuencia de mutación por la supresión de sistemas de reparación del DNA y/o mecanismos que favorecen la acumulación de lesiones en el genoma (Yasbin y Pedraza-Reyes, 2004).  De acuerdo con esta teoría, recientemente se demostró que el sistema de reparación de bases erróneamente apareadas (MMR) se encuentra involucrado en la generación de mutantes adaptativos en B. subtilis, una bacteria que prolifera en el suelo (Pedraza-Reyes y Yasbin, 2004).

La mutación en fase estacionaria ha sido descrita en diferentes organismos tanto procariontes como eucariontes, por ejemplo, en Escherichia coli (Rosenberg y col., 1998) y la levadura Saccharomyces serviciae (Halas y col., 2002). Los mecanismos que favorecen este tipo de mutación pueden diferir en estos organismos; sin embargo, en ambos casos se ha demostrado que la reparación de bases de DNA mal apareadas juega un papel importante.

Otro tipo de estrés al que nos enfrentamos todos los organismos aeróbicos es la oxidación del material genético y sus precursores. Este fenómeno incrementa la frecuencia de mutación trayendo como resultado la producción de proteínas mutantes, que pueden favorecer la mutagénesis. El daño que sufre el material genético y sus precursores por los radicales de oxígeno es contrarrestado en B. subtilis y otros organismos, en gran parte por el sistema GO, el cual forma parte de los mecanismos moleculares que modulan la mutación en la fase estacionaría de B. subtilis (Cárdenas-Grave, 2006). En conclusión los estudios efectuados con la bacteria del suelo B. subtilis refuerzan la teoría de que la supresión de los sistemas de reparación en células sometidas a estrés ambiental favorece el proceso evolutivo de los organismos  (Cárdenas, 2006).

Ciertamente estos conceptos parecen contradictorios con la teoría Darviniana de la evolución y parecen comulgar mejor con la teoría del Lamarckismo. A este respecto, es evidente que el modelo Darwiniano de la evolución, que plantea un modo de adaptación continua y gradual al medio ambiente, enmascara agujeros existentes en el registro fósil, asumiendo simplemente que los eslabones ausentes no han sido encontrados todavía. En referencia a esta observación, Schwartz (2000) sostiene que no han sido descubiertos porque no existen, ya que la evolución no es necesariamente gradual sino que a menudo se presenta como expresiones súbitas y dramáticas de un cambio que comienzan a nivel celular como consecuencia de factores ambientales extremos, como pueden ser el calor o el frío extremos o la súper-población.

¿Qué se necesita para que un factor ambiental extremo genere mutaciones? ¿Por qué las células no cambian sutil y constantemente a lo largo del tiempo, como sugiere Darwin? Los biólogos celulares conocen la respuesta: A las células no les gusta cambiar, y no lo hacen con facilidad. En sus estados ordinarios, las células poseen proteínas que eliminan las mutaciones (Reparan el DNA) o previenen que esta biomolécula sea dañada. Sin embargo, cómo ocurre en las bacterias, las presiones ambientales extremas empujan a las células eucarióticas más allá de la capacidad protectora o reparadora de las proteínas celulares lo que favorece la aparición de mutaciones. En humanos, la carencia de reparación del DNA o aquélla que ocurre con tendencia al error predispone la aparición de anomalías celulares como el cáncer (Modrich and Lahue, 1996). No obstante, la prevención, reparación y/o tolerancia de las lesiones del DNA provocadas o no por el medio ambiente son factores fundamentales en la supervivencia y evolución de las especies.

Esta visión de cómo cambian los organismos por la presión ambiental nos proporciona una oportunidad para reflexionar sobre como prevenir el daño que podríamos causar con los cambios no meditados del medioambiente y refuerza la necesidad de preservar la calidad del mismo, no solamente para mejorar la vida actual, sino para proteger la vida en generaciones futuras.

John Ditchburn cartoon showing the evolution of man from ape to ape-like robot.

 

 

Referencias

  1. Cárdenas-Grave, Ll. (2006). Tesis de Maestría en Ciencias. Universidad de Guanajuato.
  2. Cairns, J., J. Overbaugh, and S. Miller. 1988. The origin of mutants. Nature. 335:142-145.
  3. Halas, A., H. Baranowska, and Z. Policinska. 2002. The influence of the mismatch repair system on stationary-phase mutagenesis in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Curr Genet 42:140-146.
  4. Luria, S. E. and M. Delbrück. 1943. Mutations of bacteria from virus sensitive to virus resistance. Genetics. 28:491-511.
  5. Pedraza-Reyes, M. and R.E. Yasbin. 2004. Contribution of the Mismatch DNA Repair (MMR) System to the generation of Stationary-Phase Induced Mutants of Bacillus subtilis. J. Bacteriol. 186:6485-6491.
  6.  Modrich, P., and R. Lahue. 1996. Mismatch repair in replication fidelity, genetic recombination and cancer. Annu. Rev. Biochem. 65:101-133
  7. Schwartz, J.H. “Sudden Origins: Fossils, Genes, and the Emergence of Species” (John Wiley & Sons, 2000).
  8. Sung, H.-M., and R. E. Yasbin. 2002. Adaptive, or Stationary-Phase, Mutagenesis, a Component of Bacterial Differentiation in Bacillus subtilis. J. Bacteriol. 184:5641-5653.
  9. Rosenberg, S. M., C. Thulin, and R. S. Harris. 1998. Transient and heritable mutators in adaptive evolution in the lab and in nature. Genetics. 148:1559-1566.
  10. Yasbin. R.E  and M. Pedraza-Reyes. 2004. STATIONARY PHASE-INDUCED MUTAGENESIS: IS DIRECTED MUTAGENESIS ALIVE AND WELL WITHIN NEO-DARWINIAN THEORY. pp. 181-191. In Microbial Evolution: Gene establishment, Survival, and Exchange. Ed. R. Miller. ASM Press, Washington, DC.

 

 

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