Esencia del enfoque epigenético de la evolución
De acuerdo con el concepto epigenético moderno, el objeto de la evolución no son los genes individuales, sino los sistemas integrales de desarrollo del organismo. Los mecanismos epigenéticos influyen significativamente en el desarrollo histórico de las especies al permitir modificar el fenotipo sin una reestructuración inicial del genotipo.
Cuando una población se encuentra en condiciones de existencia desusadas, se desencadena un cambio evolutivo. En respuesta a la acción externa y con un mismo genotipo, surge todo un «abanico» de fenotipos: un espectro de diversas modificaciones. Estos nuevos factores externos actúan sobre el ontogénesis (desarrollo individual), provocando la aparición de un número significativo de fenotipos inusuales que se denominan morfosis. Precisamente los portadores de tales reacciones morfogenéticas multidireccionales a nivel de los individuos sirven como material para la selección natural. Es importante señalar que las morfosis solo son implementadas por el sistema de desarrollo cuando las condiciones ambientales se desvían de las normales.
Mecanismos de herencia epigenética
Para que los cambios fenotípicos puedan transmitirse a la descendencia sin alterar la secuencia de nucleótidos del ADN, en las células operan diversos sistemas moleculares. Se distinguen los siguientes mecanismos principales:
- Metilación del ADN: adición de grupos metilo a las bases nitrogenadas.
- Remodelación de la cromatina: modificación de la estructura de empaquetamiento del ADN que regula la accesibilidad de los genes.
- Interferencia de ARN: silenciamiento de la expresión génica mediante pequeñas moléculas de ARN.
- Prionización de proteínas: transmisión de información a través del cambio en la conformación espacial de las proteínas.
- Inactivación del cromosoma X: desactivación de uno de los cromosomas sexuales en las hembras de mamíferos.
Asimilación genética: de la fenocopia a la genocopia
Las variaciones fenotípicas que surgen no son aleatorias: cambios ambientales estrictamente determinados provocan morfosis específicas. De este modo, el entorno externo establece la dirección de la evolución.
Si la morfosis resultante resulta ser adaptativa (es decir, permite al organismo sobrevivir con éxito en las nuevas condiciones), durante la selección natural se produce su asimilación genética. Se trata de un proceso poligénico a gran escala que se materializa mediante la modificación de múltiples genes del genotipo. Las diferencias genéticas emergentes afectan a varios loci y, de hecho, pueden localizarse en cualquier cromosoma.
Como resultado de la asimilación genética, un cambio inicialmente no hereditario —la fenocopia— se transforma en una genocopia (un rasgo fijado hereditariamente). El resultado de este proceso radica en que la morfosis adquiere condicionamiento genético y comienza a manifestarse en la ontogenia con independencia de las condiciones externas que la desencadenaron originalmente.
Ejemplos en poblaciones naturales
Un rasgo distintivo de la variabilidad epigenética es su carácter masivo. Las morfosis surgen simultáneamente en grupos considerables de individuos y no de forma espontánea o aislada. En la naturaleza se ha descrito una multitud de fenómenos similares:
- Ratones albinos: un ejemplo clásico descrito por el genetista R. Goldschmidt, cuando se registró en Baviera la aparición masiva y simultánea de un gran número de ratones albinos.
- Polimelia en ranas: aparición de extremidades adicionales que puede afectar hasta al 30% de los individuos de una población. La naturaleza de este rasgo es doble: puede actuar como un carácter hereditario dominante o ser inducida por factores externos. Es interesante que en una parte de los individuos estas extremidades adicionales siguen siendo plenamente funcionales.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué enzimas llevan a cabo la metilación del ADN?
En la metilación del ADN participan las enzimas ADN-metiltransferasas.
Estas añaden grupos metilos a regiones específicas del ADN, por lo general en citosinas seguidas de guanina (sitios CpG). A los nucleótidos metilados se unen proteínas MeCPs, las cuales reclutan complejos represión que silencian la expresión génica.
¿Qué tipos de moléculas pequeñas de ARN participan en el mecanismo de interferencia de ARN?
En el mecanismo de interferencia de ARN participan los microARN (miARN) y los pequeños ARN de interferencia (siARN).
- MicroARN (miARN): moléculas endógenas, autocomplementarias de cadena sencilla con un tamaño de 21 a 22 nucleótidos. Inhiben la traducción o eliminan la cola de poli(A).
- Pequeños ARN de interferencia (siARN): moléculas de cadena doble de 21 a 25 nucleótidos de tamaño. Reprimen la actividad génica durante y después de la transcripción.
¿Cómo se produce exactamente la transferencia de información durante la prionización de proteínas?
La transmisión de información durante la prionización de proteínas ocurre mediante la alteración de la estructura espacial de las proteínas normales al entrar en contacto con las patológicas.
El contacto de una proteína normal ($PrP^c$) con un prión infeccioso modificado ($PrP^{sc}$) provoca la transformación de la proteína normal en patológica. Como resultado, cambia la conformación de la proteína, lo que conduce al desarrollo de proteinopatías o enfermedades conformacionales.
Términos gemelos: La fenocopia es una «fotografía» (temporal, depende del destello o del entorno), mientras que la genocopia es un «grabado» (esculpido en los genes para siempre).
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es el mecanismo desencadenante de la evolución en esta teoría?
El proceso se desencadena cuando una población se encuentra en condiciones de existencia desfavorables, lo que provoca alteraciones en la ontogenia.
¿Qué es una morfosis?
Es un fenotipo inusual que surge en respuesta a la desviación de las condiciones ambientales respecto a las normales y sirve como material para la selección.
¿En qué consiste la asimilación genética?
Es el proceso mediante el cual una morfosis ventajosa se fija en el genotipo a través de cambios poligénicos y comienza a formarse incluso sin la influencia del estímulo externo original.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismos moleculares de la metilación del ADN
- Procesos de remodelación de la cromatina
- El papel de la interferencia de ARN en la regulación de la ontogenia
- Priones y prionización de proteínas como factor de la herencia
- Mecanismo de inactivación del cromosoma X
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