El cuello de la jirafa y la epigenética ¿Lamarck tenía razón?

Hoy os traemos una colaboración más allá de nuestras fronteras. Desde París, viene una reflexión sobre un “drama” científico que viene desde bien lejos. Lamarck, un científico que fue tan criticado e, incluso hoy día, se enseñan sus teorías como la “equivocación antes de Darwin”. ¿Estaba realmente tan equivocado? Nuestro colaborador es Luis Javier Galindo González, biólogo por la Universidad de La Laguna (Tenerife, 2014) y máster en Biología Evolutiva, especializado en Evolución molecular, por la Universidad Complutense de Madrid (Madrid, 2015), se encuentra actualmente en su segundo año de doctorado en el departamento de Diversidad, Ecología y Evolución Microbiana de la Universidad de Paris Sud (París, Francia). Aquí os dejamos con su colaboración:

¿Se imaginan ser capaces de pasar a nuestros hijos todo lo que hemos adquirido a lo largo de nuestras vidas? Nuestras experiencias de que puede hacernos daño, nuestra resistencia a enfermedades que sufrimos en nuestro entorno, un tono muscular más desarrollado o los mecanismos para procesar mejor los alimentos disponibles, en resumen, nacer listos para el mundo en el que vamos a vivir. ¿A que suena ideal? Pues estas ideas se encuentran englobadas en la teoría expuesta por un biólogo francés del siglo XIX llamado Jean-Baptiste Lamarck, denominada Lamarckismo. Sin embargo, desde que estamos en el instituto nos llevan enseñando que estas ideas son totalmente erróneas, y Lamarck y su forma de ver el mundo se usan habitualmente como ejemplo de “anti-evolución”. En los últimos años nuevos aires soplan en los círculos cientificos especializados en evolución, aires que nos sugieren que tal vez la teoría de Lamarck no era tan descabellada.

El Lamarckismo, es una teoría evolutiva la cual básicamente nos explica que todas las características que adquirimos a lo largo de nuestras vidas pasan a nuestra descencencia, es decir, de padres a hijos. Esto se nos ha ejemplificado en infinidad de veces con el famoso ejemplo de la jirafa. La jirafa para llegar a las copas de los árboles y poder alimentarse, alarga su cuello, y este cuello más largo es heredado directamente por su descendencia, es decir es el individuo el que se adapta al ambiente. Este pensamiento va claramente en contra de la teoría de evolución por selección natural (Darwin, 1859), en el que los cambios que vemos en un individuo (cuello largo), responden a un proceso totalmente aleatorio, en el que ciertas mutaciones que surgen al azar en nuestros genes pueden resultar ventajosas y “adaptativas” para los individuos que las llevan en función de un ambiente dado, por lo tanto aumentan la probabilidad de este individuo a sobrevivir en dicho ambiente y reproducirse. Es decir, es el ambiente el que selecciona (no el individuo). Dicha selección, modifica el genoma del individuo, y por lo tanto es heredable a las siguientes generaciones.

Por esto, la idea de evolución Lamarckiana lleva siendo descartada por siglos. Ya que no existía ningún mecanismo conocido a través del cual, una adaptación que ocurra en el intervalo de vida de un individuo pueda quedar grabado en el genoma, y pasar a la siguiente generación. Y aquí es donde los últimos años la cosa se ha puesto más interesante.

En las últimas décadas, especialmente desde 1990 cuando se desveló el genoma humano, se ha estado desarrollando un nuevo campo de estudio dentro de la genética, conocido como epigenética. La epigenética es un término que se refiere a aquellos cambios heredables, que se producen en la expresión génica (genes activos contra genes inactivos) de los individuos, la cual no conlleva modificación en la secuencia de ADN, es decir, un cambio en el fenotipo de un individuo sin modificar su genotipo*. Existen muchos mecanismos epigenéticos (como metilación del ADN, modificación de histonas, etc.) en los que no vamos a entrar, pero debemos quedarnos con que estos cambios permiten que en un momento dado se expresen (encendidos) unos genes en un individuo  y en otro momento no se expresen (apagados).

* Si el ADN fuera la receta de una tarta, el genotipo serian las palabras de la receta, y el fenotipo sería la tarta, la cual estaría más o menos cocinada en función de la temperatura del horno. Es decir, el genotipo son el conjunto de genes de un individuo, y el fenotipo el producto de dichos genes en función del ambiente en el que se expresan.

Aunque estos cambios no se quedan grabados en el material genético, si parecen pasar a la descendencia (al menos por unas cuantas generaciones). Esto ha permitido el resurgimiento de algunas de las ideas de Lamarck, y la parte más relevante de sus ideas con respecto a la epigenética es que en el Lamarckismo el individuo responde a los cambios del medioambiente que le rodea (la jirafa alarga su cuello para llegar al árbol). La secuencia del genoma de un organismo no cambia en una generación como adaptación a un ambiente dado; sin embargo, la información epigenética si se ve modificada en función del ambiente en el que se desarrolla el individuo. Diferentes ambientes requieren que se expresen diferentes conjuntos de genes (unos encendidos y otros apagados), y los cambios epigenéticos son los que permiten esta adaptación dentro de una misma generación.

Estos cambios fueron detectados inicialmente en plantas, sin embargo durante los últimos años la evidencia se ha ido acumulando de que este fenómeno ocurre en todos los organismos, incluyendo en roedores y humanos.

Estudios realizados por la Universidad de Atlanta desvelaron como inclusive el miedo puede dejar una marca transmitible a los descendientes. En un experimento en el que se expuso a ratones machos a acetofenona, (un compuesto dulce al que los ratones se ven atraídos). Cada vez que el ratón se acercaba le propinaban un leve choque eléctrico, así 5 veces al día durante 5 días, hasta que el ratón reusaba acercarse al compuesto. Una vez hecho esto los ratones se cruzaban con hembras que no habían sido tratadas, y comprobaron cómo en su descendencia y hasta después de 3 generaciones los ratones reusaban acercarse a la acetofenona, temiendo a su olor.

En humanos, hay un ejemplo registrado gracias a un evento trágico, la hambruna holandesa de 1944 durante la segunda guerra mundial. Toda la población sufrió un periodo (de un año) de malnutrición. Un estudio continuado durante varias décadas observó cómo se vieron afectados los hijos de madres que estuvieron embarazadas durante esta hambruna.

Si la hambruna sorprendió a las madres durante los últimos meses de embarazo (donde ocurre el crecimiento en tamaño del feto), las madres daban a luz a hijos más pequeños que la media, además, al desarrollarse y convertirse en adultos, permanecieron siendo pequeños sin nunca desarrollar sobrepeso a pesar de tener acceso a toda la comida que desearan. Y aún más, estos efectos se vieron también en los hijos de estos individuos afectados. Es decir ciertos genes se activaron y otros se reprimieron para responder al ambiente que les esperaría al salir del útero (una hambruna), pasando de una generación a otra.

Lo revolucionario de la herencia epigenética es que ha proporcionado datos firmes que permiten afirmar que dependiendo como vivamos nuestras vidas podemos afectar a nuestros hijos, e incluso a nuestros nietos de una forma u otra. Y es que es indudable, que dentro de la herencia epigenética existe un nuevo mundo de posibilidades a explorar, y que ha abierto una nueva era en la biología tal y como la conocemos.

Parece ser entonces que lo que decía Lamarck no estaba tan desencaminado del todo ¿No? Estos nuevos descubrimientos principalmente en el campo de la epigenética han llevado al surgimiento de una disciplina Neo-Lamarckiana. Que aboga por una forma “suave” de herencia que no deja cambios permanentes en el genoma, contraria a la forma “dura” de herencia genética tradicional.

Sin embargo, a veces se especula más allá de lo que permiten los datos con los que se cuenta. Y  hoy en día muchos de los mecanismos que subyacen la herencia epigenetica sigen sin conocerce, como  ciertas rutas de cómo funcionan o se regulan, incluso desconocemos cómo pasan dichas marcas a generaciones sucesivas

Por lo tanto la importancia y contribución de la herencia epigenética al proceso evolutivo sigue siendo muy discutida, y el principal problema con la herencia epigenética es su prolongación en el tiempo. En el caso de las madres parece ser bastante claro a priori, los cambios epigenéticos ocurren en el vientre de la madre durante la gestación, y ya que el ambiente del útero de la madre es un reflejo del ambiente al que se va a enfrentar la descendencia en el futuro, dichas marcas se pueden mantener generación tras generación siempre que las madres posteriores permanezcan sometidas a las mismas condiciones. Por esto gran parte de los esfuerzos se centran en los padres, y en como el esperma puede ganar y perder las marcas epigenéticas. Y según lo reportado hasta la fecha no hay marcas epigenéticas transmitidas por la línea germinal masculina que duren más de unas pocas generaciones.

Esto se encuentra lejos de ser  un periodo de tiempo razonable para generar una base estable sobre la que generar cambio evolutivo. Y es aquí, donde el papel evolutivo de la epigenética no parece ser más que el de proveer plasticidad fenotípica a los individuos.

Otro argumento favorable a la idea de que la herencia epigenética no debería ser considerada Lamarckiana, subyace en la propia interpretación de a lo que se refería Lamarck en su teoría. Y es que Lamarck no sostenía que el ambiente impusiera un efecto directo sobre el organismo (que es el motor de los mecanismos epigenéticos), si no que Lamarck sostenía que el medio ambiente crea “necesidades”, necesidades a las cuales los organismos responden usando más algunas características y otras menos, lo que resultaba en que dichas características se acentuaban o atenuaban, y es esta la diferencia que es entonces heredada por sus descendientes. Por lo tanto es hasta discutible que la evolución Lamarckiana esté más cerca de conciliarse con la visión dada por Darwin que la dada por los simpatizantes del Neolamarckismo

La epigenética es sin duda un mundo nuevo y apasionante del que nos queda mucho por conocer. Pero igual que muchas cosas que eran desconocidas en el pasado, no hay que caer en el error de realizar interpretaciones simplistas o llevadas por las convicciones. Citando a Adam Weissen un párrafo de su publicación “Lamarckian Illusions” (Cambridge, MA: Cell Press) “Deberíamos recordar a Lamarck por sus grandes contribuciones a la ciencia, no por las cosas que se asemejan a su teoría solo superficialmente, pensar que la herencia y sus mecanismos epigenéticos además otros fenómenos son Lamarckianos, simplemente oscurece la forma simple y elegante con la que la evolución realmente trabaja”.

Ref:

Virginia Hughes.2014. Epigenetics: The sins of the father. Nature 507, 22–24
Kaati, G., Bygren, L. O. & Edvinsson, S.Eur. J. Hum. Genet.10,682–688 (2002).
Ahmed, Farooq.2010.Epigenetics: Tales of adversity .Nature 468, S20
Dias, B. G. & Ressler, K. J.Nature Neurosci.17,89–96(2014).
Nature 467, 146-148 (2010) Box: The marking of a genome
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