Un modelo arroja luz de por qué la vida sigue evolucionando

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Una de las cosas más desconcertantes de la evolución es que, incluso después de 4 mil millones de años, no se ha detenido. En lugar de culminar en una sola especie que sería la mejor adaptada, hoy en día se estima que la Tierra contiene unos 8,7 millones de especies diferentes las cuales, todas ellas, un día morirán conforme una nueva variedad de especies toma sus lugares [de hecho, no hace mucho mostramos un vídeo en que se podía apreciar la evolución en tan sólo 11 días].

Aunque los científicos hayan intentado modelar estas dinámicas evolutivas en el laboratorio, por ejemplo utilizando sistemas de moléculas que cambian con el tiempo de cierta manera, la mayoría de estos modelos eventualmente genera una única especie dominante y luego se paraliza. Los científicos todavía no entienden completamente cómo la evolución continúa generando nuevas especies, un hecho que se sabe que ocurre incluso en ausencia de presiones externas variables.

Ahora, en un nuevo estudio publicado en el New Journal of Physics, un equipo de físicos ha desarrollado un modelo teórico y experimental de evolución que continúa sin fin, incluso bajo condiciones externas constantes. El modelo puede ayudar a los científicos a entender mejor cómo la biosfera continúa evolucionando a lo largo de miles de millones de años.

“Esperamos comprender las condiciones necesarias de las estadísticas darwinianas, especialmente la coexistencia de especies con una vida limitada, que surgen con la evolución darwiniana”, explicó el coautor Albrecht Ott de Universidad de Saarland en Saarbrücken, Alemania. “Esto parece ser un problema importante al que la investigación sobre el origen de la vida necesita hacer frente. Además, sistemas moleculares pueden ayudar a dilucidar mecanismos de especiación, en particular la aparición y desaparición de nichos”.

El nuevo modelo de sistema consiste en polímeros de ADN lineal de diferentes longitudes, donde la longitud de un polímero determina su “especie”. Los polímeros pueden reproducirse (crear polímeros de la misma longitud) o unirse entre sí a través de la enzima de unión de polímeros “ADN ligasa” (creando polímeros más largos, que son especies nuevas).

En sus experimentos, los investigadores comenzaron con polímeros de 10 ó 20 pares de bases de largo. Después de exponerlos a variaciones de temperatura que promovieron la reproducción y la unión a varios grados, los investigadores descubrieron que comenzaban a surgir polímeros de diferentes longitudes.

(Imagen ampliable) En el nuevo modelo, las diferentes especies (longitudes de polímero) emergen durante un tiempo, y luego “perecen” conforme nuevas especies toman su lugar; no existen especies dominantes permanentes. Imagen: Worst et al. ©2016 IOP Publishing

Los resultados revelaron que la evolución de la especie depende de qué mecanismo de crecimiento domine. En las situaciones en las que domina el mecanismo de ligadura, se generan todas las longitudes de polímero posibles (todos los múltiplos de 20 que comienzan con una longitud de 20, como 40, 60, 80 y 100 pares de bases y más).

Pero cuando domina la reproducción, sólo aparecen ciertas longitudes (específicamente, longitudes de 10, 20, 40, 80 ó 160 pares de bases), y sólo por períodos de tiempo limitados. Cada longitud de polímero sigue un patrón en el que sus números aumentan exponencialmente, luego se estabilizan y finalmente disminuyen, permitiendo que surjan nuevas longitudes de polímeros.

En estas situaciones en las que domina la reproducción, la evolución de los polímeros de diferentes longitudes tiene similitudes con la evolución darwiniana. Como explican los investigadores, es la dinámica de todo el sistema la que selecciona una nueva especie particular (longitud de polímero) de tal manera que pueda utilizar la situación existente de forma más eficiente para multiplicarse. Cada vez, el sistema evade esta superioridad creando una nueva especie que utiliza la nueva situación en su beneficio. [Desde ¡QFC! creemos que también se producía, en parte, debido a que la evolución sigue el camino de menor resistencia, siendo así más fácil rellenar los “huecos” que hubieran quedado vacíos.]

“Creemos que hemos creado un modelo de sistema que expone un mecanismo dinámico que refleja rasgos esenciales de la evolución darwiniana”, dijo el coautor Karsten Kruse en la Universidad de Saarland. “En una situación en la que domina la reproducción, [como sucede] en nuestro sistema, sólo ocurren ciertos tipos de reproductores moleculares: aquellos que más se benefician de una situación dada. No obstante, estas ‘especies’ no dominan la situación debido a la aparición de aún otras nuevas especies”.

En el futuro, los investigadores planean modificar el modelo para que las moléculas adquieran funcionalidad, haciéndolas más similares a las especies biológicas.

“Aunque la simplicidad de nuestro sistema es lo que constituye su calidad y hace que el mensaje sea tan claro, no queda claro cómo diseñar un sistema más complejo que permita nuevas funcionalidades en un entorno darwiniano”, dijo Ott. “Esto es algo que planeamos abordar en el futuro”.

Artículo originalmente publicado en Phys.org, editado y traducido por ¡QFC!

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2017-01-24T11:57:29+00:00