jueves, 24 de septiembre de 2009

La irreversibilidad de la evolución probada a nivel molecular.


El tiempo siempre va hacia adelante y lo mismo hace la evolución, según un nuevo estudio que muestra que los cambios en una proteína ocurridos en el transcurso de decenas de millones de años impiden la marcha atrás molecular haciendo la evolución irreversible. El trabajo publicado en Nature por un equipo de investigadores dirigido por Joseph Thornton, de la Universidad de Oregon en Eugene (EE.UU.) no sólo muestra cómo la evolución no puede ir para atrás, también proporciona un mecanismo detallado de por qué.

Hace más de un siglo, el paleontólogo Louis Dollo propuso que la evolución no puede desandar sus pasos para recuperar una característica perdida, una idea que no todo el mundo acepta. La llamada ley de Dollo parece evidente a nivel macroscópico: las ballenas y las serpientes no recuperan sus patas, los pájaros no recuperan sus dientes, etc. Pero recientemente, algunos estudios han mostrado que se pueden reactivar genes silenciados y programas de desarrollo durmientes, lo que ha llevado a muchos investigadores a creer que la evolución puede volver sobre sí misma.

El equipo de Thornton decidió comprobar la ley de Dollo a nivel molecular. Se centraron en el receptor de glucocorticoides (GR, por sus siglas en inglés), una proteína que se une a la hormona cortisol para regular la respuesta al estrés entre otras funciones en los vertebrados, incluidos los humanos.

En una investigación anterior, el grupo de Thornton ya había mostrado que la primera proteína GR evolucionó hace unos 440 millones de años a partir de una proteína receptora que se activaba por tres hormonas: cortisol, aldosterona y desoxycorticoesterona. En el transcurso de 40 millones de años, esta proteína precursora [en azul en la imagen] sufrió 37 alteraciones (mutaciones) en sus aminoácidos, para convertirse en la proteína GR moderna [en naranja en la imagen] que sólo es activada por el cortisol.

Los investigadores hallaron que 7 de las mutaciones afectaban específicamente a la unión con el cortisol. A continuación eliminaron estas mutaciones y comprobaron que el receptor no era funcional y no se unía a ninguna hormona. Para determinar si otras mutaciones podrían tener un efecto en la función del receptor, el equipo se concentró en la estructura tridimensional de la proteína e identificó cinco mutaciones adicionales. Estas mutaciones extra no afectan a la especificidad de la unión receptor-cortisol pero impiden que éste funcione adecuadamente. Cuando los investigadores eliminaron estas mutaciones sustituyéndolas por los aminoácidos de la proteína precursora, la GR recuperaba la funcionalidad de ésta y podía unirse a cualquiera de las tres hormonas.

Aunque es técnicamente posible que los cambios moleculares vuelvan atrás, el deshacer las cinco mutaciones extra sin considerar los otros siete cambios tuvo consecuencias negativas o neutras en la funcionalidad de la proteína, por lo que esto no sería favorecido por la evolución. En otras palabras, dado que estas cinco mutaciones sólo permiten el enlace, pero ellas mismas no deciden a qué se une la proteína, no existe presión selectiva para invertir estas mutaciones. Estas mutaciones adicionales pueden seguir mutando, lo que significa para la proteína quemar de forma efectiva el puente por el que acaba de pasar.

Esta demostración de la irreversibilidad a esta escala temporal no es del todo sorprendente. La evolución parece que sigue un curso irreversible desde un punto de vista macro. Desde un punto de vista micro, con escalas temporales de años, sin embargo, sí puede haber reversibilidad, como demostró el grupo de Michael Rose (Universidad de California en Irvine; EE.UU.) cuando consiguió que moscas de la fruta que habían evolucionado diferenciándose durante décadas de selección volviesen a su estado inicial tras sólo dos años de selección inversa.

[Imagen cortesía de Eric Ortlund]

Referencia:

Bridgham, J., Ortlund, E., & Thornton, J. (2009). An epistatic ratchet constrains the direction of glucocorticoid receptor evolution Nature, 461 (7263), 515-519 DOI: 10.1038/nature08249