Científicos
de la UAB han comprobado que no todos los aspectos de la forma del cuerpo son
igual de importantes en el proceso
Científicos
de la Universidad Autónoma de Barcelona han logrado simular por primera vez la
evolución de órganos complejos de forma tridimensional. Gracias a ello han
podido evaluar mejor cómo funciona la selección natural sobre los distintos
aspectos de la forma del cuerpo, y han comprobado que no todos estos aspectos
son igualmente importantes en el proceso.
Investigadores
de la Universidad Autónoma de Barcelona y de la Universidad de Helsinki
(Finlandia) han logrado simular por primera vez la evolución de órganos
complejos de forma tridimensional, integrando los mecanismos de regulación
genética que se dan durante el desarrollo embrionario.
El
trabajo, publicado en Nature, permite tener en cuenta la complejidad real de
las interacciones genéticas que dan lugar a la forma adulta de los organismos,
entender mejor cómo actúa la selección natural sobre los diferentes aspectos de
la forma del cuerpo y hacer experimentos virtuales de evolución mucho más
realistas.
“En
la actualidad tenemos mucha información sobre qué cambios en qué genes dan
lugar a qué cambios en la forma. Pero esto es meramente descriptivo. La
cuestión es entender la lógica biológica que determina qué cambios en la forma
aparecen por qué cambios en los genes y de qué forma puede cambiar el cuerpo”,
explica en la nota de prensa de la UAB Isaac Salazar, investigador de la
Universidad de Helsinki y del Departamento de Genética y Microbiología de la
Universidad Autónoma de Barcelona y primer autor del artículo.
En la
naturaleza esto viene determinado por el desarrollo embrionario, durante la
vida de cada organismo, y por la evolución por selección natural, para cada
población y especie. Pero en el campo de la evolución de los organismos es
prácticamente imposible plantear experimentos, dada la gran escala temporal en
la que se dan estos fenómenos. Esto hace que aún existan debates abiertos con
hipótesis difíciles de demostrar experimentalmente. Esta dificultad se compensa
con el uso de modelos teóricos para integrar detalladamente los datos
experimentales existentes, simulando así la evolución virtualmente.
En su
trabajo los investigadores han utilizado un modelo teórico basado en
experimentos en desarrollo embrionario, basado en otro trabajo previo de los
mismos autores también publicado en Nature (Salazar-Ciudad y Jernvall, 2010), y
tres modelos matemáticos diferentes de evolución virtual por selección natural
sobre la forma.
La
evolución ocurre virtualmente en el ordenador en poblaciones de individuos en
las que cada individuo puede mutar sus genes, justo como en la naturaleza.
Éstas, mediante el modelo de desarrollo, producen nuevas morfologías y la
selección natural decide cuáles pasan a la siguiente generación. Repitiendo
este proceso en cada generación se puede ver la evolución en acción en el
ordenador.
La
simulación realizada ahora ha permitido comparar las diferentes hipótesis
existentes en el campo de la evolución sobre qué aspectos de la morfología
evolucionan más fácilmente: La primera visión es que todos los aspectos
métricos de la forma contribuyen a la adaptación y que, consecuentemente, todos
son moldeados por la evolución de forma fina a lo largo del tiempo.
La
segunda visión es que algunos aspectos de la forma tienen un valor adaptativo
más importante y que el resto cambia en la evolución como efectos colaterales a
los cambios en los primeros. La tercera es que ningún aspecto de la forma es
intrínsecamente más importante, sino que lo que es importante adaptativamente
es una medida compleja de la rugosidad de la forma.
Conclusiones
“Lo
que hemos encontrado es que la primera hipótesis no es posible y que la segunda
lo es en algunos casos. Aunque la ecología favoreciese este tipo de selección
(la primera visión), el desarrollo embrionario y la relación entre variación
genética y morfológica que éste impone es demasiado compleja para que cada
aspecto de la morfología haya sido moldeado finamente.
En
cierta manera, lo que vemos que la selección natural está constantemente
moldeando la forma de los cuerpos, pero que éstos distan mucho ser óptimos en
muchos de sus aspectos”, comenta Salazar.
El
trabajo ha sido liderado por Isaac Salazar-Ciudad y ha contado con la
participación de Miquel Marín Riera, investigador en formación en la UAB. Parte
del mismo se ha realizado en la comunidad de “evo-devo” (evolución y desarrollo
embrionario) en el Instituto de Biotecnología de la Universidad de Helsinki y
otra en el Grupo de Investigación de Genómica, Bioinformática y Evolución de la
UAB.
Referencia
bibliográfica:
Isaac
Salazar-Ciudad y Miquel Marín-Riera. Adaptative dynamics under development-based genotype-phenotype
maps. Nature (2013). DOI: 10.1038/nature12142.
حقَّقَ أخصائيُّون
بجامعة برشلونة المستقلة محاكاة لتطوُّر أجهزة / أعضاء معقدة ثلاثيّة
الأبعاد للمرة الأولى. وبناء عليه، تمكنوا من إجراء تقييم أفضل لكيفية عمل الإنتقاء
الطبيعي على الملامح المختلفة بشكل الجسم، وقد تحققوا بأنّه ليست كل تلك
الملامح بذات الأهميّة في هذه العملية.
شارك باحثون من جامعة برشلونة المستقلة مع
زملاء لهم بجامعة هلسنكي / فنلندا بالعمل، حيث تمكنوا من تحقيق محاكاة ثلاثية
أبعاد لتطوُّر أعضاء معقدة، وعملوا على دمج آليات تنظيم جيني تُعطى
خلال النمو الجنيني.
يسمح هذا البحث
المنشور بمجلة الطبيعة بأخذ التعقيد
الواقعيّ بالتفاعلات الجينية بالحسبان، التي تفضي لمرحلة بلوغ الأعضاء، وتحقيق فهم أفضل لكيفية عمل
الإنتقاء الطبيعي على الملامح المختلفة بشكل الجسم، إضافة لتحقيق إختبارات إفتراضية أكثر واقعيّة عن التطوُّر.
يشرح الباحث إيزاك سالازار
من مكتب علم الوراثة وعلم الأحياء الدقيقة بجامعة هيلسنكي وجامعة برشلونة المستقلة
والمسؤول الأوّل عن البحث، قائلاً:
"لدينا، بالوقت الراهن، معلومات كثيرة حول أيّ تغيّرات وبأيّ جينات، ستحقق تغيرات في الشكل. لكن، هذا الأمر وصفيّ بصورة كاملة. تكمن القضيّة بفهم المنطق البيولوجيّ المُحدِّد لأيّ تغيرات في الشكل ستظهر، بناء على حدوث تغيرات بالجينات، وبالتالي، ظهور تغيُّر بالجسم".
"لدينا، بالوقت الراهن، معلومات كثيرة حول أيّ تغيّرات وبأيّ جينات، ستحقق تغيرات في الشكل. لكن، هذا الأمر وصفيّ بصورة كاملة. تكمن القضيّة بفهم المنطق البيولوجيّ المُحدِّد لأيّ تغيرات في الشكل ستظهر، بناء على حدوث تغيرات بالجينات، وبالتالي، ظهور تغيُّر بالجسم".
يتحدّد هذا في الطبيعة من خلال النموّ
الجنينيّ، خلال حياة كل كائن حيّ، وعبر التطور من خلال الإنتقاء الطبيعي في حضن كل
جماعة ونوع حيّ.
لكن، في حقل تطور الكائنات الحيّة، يستحيل، عمليا، تحقيق إختبارات ميدانية نظراً للمدة الزمنية التي تستغرقها هذه الظاهرة. وهذا ما يجعل النقاش
مفتوحاً على فرضيات صعبة لإثبات التطور تجريبياً. تجري مواجهة هذه الصعوبات عبر
نماذج نظرية، تعتمد على معطيات اختبارية قائمة، ومن خلال محاكاة التطوُّر إفتراضياً.
استعمل الباحثون نموذجاً نظرياً
مؤسساً على اختبارات بمرحلة النموّ الجنينيّ في عملهم، وكذلك، مؤسساً على بحث سابق لذات
الباحثين ومنشور بمجلة الطبيعة العام 2010، إضافة لثلاثة نماذج رياضياتية مختلفة
للتطور الإفتراضي عبر الإنتقاء الطبيعي حول الشكل.
يحصل التطوُّر إفتراضياً (حاسوبياً)
بجماعات مكونة من أفراد، يمكن تحقيق طفرات بجينات كل فرد، كما يحصل في الطبيعة.
ينتج عن تلك الطفرات، خلال نموذج النموّ، مورفولوجيات جديدة، وسيقرر الإنتقاء
الطبيعي أيُّها سيعبر نحو الجيل التالي. بتكرار هذه العملية بكل جيل، يمكن رؤية
التطوُر الحاصل في الحاسوب.
لقد سمحت عملية المحاكاة هذه بالمقارنة
بين فرضيات مختلفة قائمة في حقل التطوُّر حول أيّ ملامح في المورفولوجيا تتطوّر
بسهولة أكثر:
تتركّز الرؤية الثانية حول إمتلاك بعض ملامح الشكل لقيمة تكيفية أهمّ، ويتغيّر الباقي منها في التطوُّر كآثار جانبية
للتغيُّرات الأولى.
تتركز الرؤية الثالثة على إعتبار أنّه ولا
ملمح في الشكل هو أهمّ، بل الأهم تكيفياً، هو درجة التعقيد بخشونة الشكل.
الخلاصة
ما اكتشفناه هو أنّ الفرضيّة الأولى غير
ممكنة، وأن الفرضية الثانية غير ممكنة ببعض الأحوال. بالرغم من تفضيل علم البيئة
لهذا النوع من الإنتقاء (الرؤية الأولى)، فإنّ النمو الجنيني والعلاقة بين
التنوُّع الجيني والمورفولوجيّ هو أكثر تعقيداً لكي يُصاغ كل ملمح
موروفولوجياً بصورة نهائية.
بصورة ملموسة، ما نراه هو أنّ الإنتقاء
الطبيعي يصوغ شكل الأجسام دوماً، لكن، ستبقى بعيدة عن إحراز الشروط
المثلى في الكثير من ملامحها.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق