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¿Cómo elimina la evolución los problemas que solo causan enfermedades al final de la vida?

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Los seres humanos son vulnerables a ataques cardíacos y accidentes cerebrovasculares. Nuestra dieta moderna conduce a la aterosclerosis, esto ya comienza a una edad temprana, pero no causa síntomas hasta que una arteria importante está casi completamente bloqueada o si un trozo de placa se rompe y causa un corte repentino del suministro de sangre a partes del corazón. o cerebro.

Sin embargo, si la gente come como muchos pueblos indígenas, como los Tsimané, padecen mucha menos aterosclerosis:

“La mayoría de los Tsimané pueden vivir toda su vida sin desarrollar aterosclerosis coronaria. Esto nunca se ha visto en ninguna investigación anterior. Si bien es difícil de lograr en el mundo industrializado, podemos adoptar algunos aspectos de su estilo de vida para prevenir potencialmente una condición que pensamos que eventualmente nos afectaría a casi todos ".

Anteriormente se habían encontrado resultados similares, pero esto luego se relaciona con la enfermedad cardíaca coronaria no simplemente con la presencia de aterosclerosis, ver p. aquí:

Williams y Jack Davies habían demostrado clínica y patológicamente que la enfermedad coronaria era casi inexistente entre la población africana de Uganda, aunque Hugh Trowell había informado de un solo caso de enfermedad coronaria en un juez africano. En la comunidad asiática de Uganda, por otro lado, la enfermedad coronaria fue extremadamente común y representó casi la mitad de las muertes de hombres en Kampala en 1956-1958.

Entonces, la pregunta es cómo podríamos haber evolucionado para estar casi libres de aterosclerosis si nos apegamos a ese estilo de vida, dado que la aterosclerosis no causa síntomas hasta que ha progresado bastante, lo cual es típicamente tardío en la vida y luego en el desarrollo. mundo. Para los indígenas como los Tsimané es aún menos relevante, porque tienen una esperanza de vida mucho menor debido a las infecciones.

Sin embargo, parece que nuestros antepasados ​​evolucionaron de tal manera que no contrajeron aterosclerosis.


Los ataques cardíacos y los accidentes cerebrovasculares, y cualquier otra enfermedad que aflija a los humanos después de los 35 años o más, no tienen absolutamente ninguna influencia en la selección natural porque durante la gran mayoría de nuestra historia, estas enfermedades afectan solo a los post-reproductivos. La evolución no es un estado de avance hacia un ideal, sino más bien, un mecanismo para colocar genes en la próxima generación. Estos genes van a la zaga de nuestra situación actual por miles de años porque la evolución actúa lentamente. Así que la evolución todavía favorece características que habrían sido buenas para nuestros antepasados ​​de la Edad de Piedra, que no vivieron lo suficiente como para ser eliminados por enfermedades de la vejez.


¿Cómo elimina la evolución los problemas que solo causan enfermedades al final de la vida?

Esta es una pregunta fantástica, que todavía es objeto de una intensa investigación. Una posibilidad podría ser que envejecemos porque hay poca o ninguna selección evolutiva contra las enfermedades en etapas avanzadas de la vida (ya que es menos probable que las personas mayores produzcan descendencia). En cuanto a cualquier área activa de investigación, existen varias sutilezas. Puede disfrutar comenzando con la sección correspondiente en wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Evolution_of_ageing#Mutation_accumulation

Si la gente come como muchos pueblos indígenas, como los Tsimané, padecen mucha menos aterosclerosis.

Esto se refiere a otro dominio de investigación actual, que solo se ha publicado en la (realmente buena) revista médica Lancet, donde los propios autores afirman que quedan varias preguntas abiertas, ver Kaplan et al. 2017.

Sin embargo, su artículo ya llega a una conclusión importante. Si bien se podría suponer que la diferencia en la aterosclerosis se debió a alguna propiedad heredada genéticamente, los autores encuentran apoyo para (y por lo tanto favorecen) la hipótesis alternativa de que esas personas generalmente llevan un estilo de vida muy saludable (por ejemplo, IMC normal, no fumar, ...) lo que reduce la posibilidad de algunas enfermedades.

Se habían encontrado resultados similares anteriormente, pero esto luego se relaciona con la enfermedad coronaria y no solo con la presencia de aterosclerosis.

Aunque sería tentador que esta observación pudiera provenir de un estilo de vida saludable, también podría haber varias explicaciones alternativas (por ejemplo, se podría suponer que su genoma contiene algo que solo está bajo presión selectiva dentro de la región donde viven, y que este algo simplemente también ayuda contra la enfermedad coronaria).


Entonces, la pregunta es cómo podríamos haber evolucionado para estar libres de aterosclerosis al mantener ese estilo de vida.

Si esta es realmente tu pregunta, aquí está la respuesta. La respuesta no es biológica, puede ser respondida por cualquier persona educada en la lógica básica.

  1. Está no necesariamente cierto que "hemos evolucionado para estar libres de aterosclerosis al mantener ese estilo de vida".

El único hecho que podría ser cierto (suponiendo que los datos se interpretan correctamente) es que cuando se apega a ese estilo de vida (¿y tal vez también hace algo más? ¿O tal vez tiene algunas enzimas que otra población no tiene?), Estas personas están libres de aterosclerosis. (Todavía hay muchas preguntas, por ejemplo, teniendo en cuenta que no viven mucho y que la aterosclerosis no suele ocurrir en una edad temprana).

  1. Por tanto, la pregunta se basa en una suposición no probada.

  2. De ahí que la pregunta no tenga sentido desde el principio.

La pregunta debería haber sido así:

¿Es causado por la evolución que seguir una dieta determinada libere a un animal de una enfermedad? ¿Cómo es en el caso de esta enfermedad específica y esta dieta específica?

Tal pregunta sería realmente una pregunta válida. Sin embargo el tuyo ya asume algo que no es un hecho probado y manipula la respuesta.

Simplemente me suena como uno de los extraños "argumentos" de los vegetarianos de que "los humanos son vegetarianos por naturaleza".


Es importante tener en cuenta que una especie social como la nuestra tiene otras formas sofisticadas de garantizar que sus genes sobreviven en la próxima generación junto con la forma obvia de "transmitirse".

Incluso después de nuestra fase reproductiva, podemos enseñar a nuestros hijos o incluso cuidar de sus hijos, lo que aumenta enormemente sus posibilidades de prosperar y reproducirse.

También es posible asegurarse de que algunos de sus genes se transmitan de manera segura, ayudando a sus hermanos y hermanas a criar a sus hijos mientras sacrifica su reproducción directa, ya que tiene genomas similares.

Por lo tanto, incluso los genes portados por personas infértiles pueden afectar en gran medida la forma en que sus instancias idénticas o muy similares en sus parientes consanguíneos pasarán a través de interacciones sociales ventajosas.

Otro:

Que el pueblo Tsimané tenga ahora una esperanza de vida baja no implica que siempre haya sido así. Quizás esas enfermedades infecciosas fueron transmitidas por exploradores y conquistadores de Europa occidental.

Puedes investigar la hipótesis de la abuela.

Aquí hay un buen artículo para comenzar.

Actualizar:

El hecho de que la esperanza de vida media fuera baja en el pasado no significa que nadie viviera mucho. La mortalidad infantil era muy alta, por lo que depender únicamente de un promedio no es prudente. Aquí hay una buena publicación sobre el tema. Tenga en cuenta la primera tabla que muestra que la esperanza de vida de la élite antigua y medieval se acercaba a la esperanza de vida común del Reino Unido a mediados del siglo XX.


Una de las formas en que se puede eliminar una enfermedad X que generalmente ocurre después de la reproducción es a través de individuos que heredan alguna otra enfermedad Y que causa problemas de salud mucho antes en la vida que interactúa con X. Suponga que la gran mayoría de la población es genéticamente susceptible a X. Además, suponga que una pequeña fracción de la población es propensa a contraer Y a una edad temprana y que Y se vuelve mucho más grave si usted es genéticamente susceptible a X.

La selección natural ya ha llevado a que Y sea suprimido a través de los genes que son directamente responsables de esa enfermedad. Es posible que solo contraiga esa enfermedad al heredar el gen incorrecto de ambos padres. Pero los genes de X también son un factor, y las mutaciones en los genes responsables de X reducirían aún más el impacto de Y en la población.

En el caso de X = aterosclerosis, Y podría ser hipercolesterolemia familiar que puede causar enfermedad cardiovascular entre las edades de 30 y 40 si un gen es hereditario (en la población occidental moderna donde casi todo el mundo come una dieta extremadamente malsana), mientras que causa enfermedades cardiovasculares. enfermedad en la infancia cuando se heredan dos genes.


Enfoques evolutivos de la depresión

Los enfoques evolutivos de la depresión son intentos de los psicólogos evolutivos de utilizar la teoría de la evolución para arrojar luz sobre el problema de los trastornos del estado de ánimo dentro de la perspectiva de la psiquiatría evolutiva. Por lo general, se considera que la depresión es una disfunción o un trastorno mental, pero su prevalencia no aumenta con la edad como lo hace comúnmente la demencia y otras disfunciones orgánicas. Algunos investigadores han conjeturado que el trastorno puede tener raíces evolutivas, de la misma manera que otros sugieren contribuciones evolutivas a la esquizofrenia, la anemia de células falciformes, la psicopatía y otros trastornos. La psicología y la psiquiatría generalmente no han adoptado explicaciones evolutivas para los comportamientos, y las explicaciones propuestas para la evolución de la depresión siguen siendo controvertidas.


La teoría neutral de la evolución desacreditada

El nuevo libro de Michael Behe Darwin devuelve ya es el número uno en nuevos lanzamientos en Amazon. [1] Para resumirlo adecuadamente se necesitaría un libro pequeño, por lo que miraré una pequeña sección donde revisa los intentos de salvar el darwinismo, que él muestra que siempre fracasan. También agregué algunas referencias para apoyar las conclusiones de Behe.

El principal problema de la evolución, como afirmó el fallecido profesor de biología de Harvard William E. Castle, es el origen de que “un nuevo organismo es uno de los fenómenos naturales menos comprendidos. Incluso para el biólogo entrenado es un misterio inexplicable ”. [2] Esta afirmación sigue siendo cierta más de un siglo después. Un intento de explicar el origen de nuevos organismos es la teoría neutral de la evolución. Sus partidarios consideran que la teoría neutral, junto con la deriva genética, la selección natural y la mutación aleatoria, es un mecanismo básico de la macroevolución. [3]

La teoría neutral de la evolución

Una mutación neutra es aquella que no afecta negativamente ni al fenotipo de un organismo ni a su aptitud. [4] La teoría neutral de la evolución postula la acumulación de mutaciones neutrales, como la duplicación accidental de una sección de ADN que no causa daño. Esto ocurre hasta que una nueva combinación produce un conjunto de ADN que, en el futuro, confiere alguna ventaja de supervivencia específica al organismo. [5]

La teoría acepta la opinión de que alrededor del uno por ciento del ADN humano codifica proteínas, y una parte significativa del resto es evidencia de, o podría deberse a, mutaciones neutrales [6]. Más tarde,

otras mutaciones afortunadas podrían ocurrir en el ADN extra para conferir alguna característica útil, tal vez un sitio regulador. Repita este escenario muchas veces, y pequeñas poblaciones de bacterias podrían desarrollar genomas cada vez más grandes con características cada vez más sofisticadas. [7]

La teoría propone que, cuando cambian las condiciones ambientales, algunas de estas mutaciones neutrales pueden haber producido un nuevo gen, o un conjunto de bases, que resulta ser beneficioso en el nuevo entorno [8]. La teoría de la evolución neutral se ha ganado el apoyo calificado de muchos científicos evolucionistas destacados, incluido el profesor de la Universidad Estatal de Arizona Michael Lynch, Eugene Koonin del Centro Nacional de Biotecnología y el fallecido profesor de Harvard Steven Jay Gould. [9]

Jerry Coyne, evolucionista de la Universidad de Chicago, escribió que los dos principales mecanismos evolutivos neodarwinianos son la selección natural y la variedad genética producida por la deriva genética. [10] La teoría es anti-neodarwiniana, como lo explicó uno de los primeros líderes de la idea, Motoo Kimura, quien escribió que en

En marcado contraste con la teoría darwiniana de la evolución por selección natural, la teoría neutral afirma que la abrumadora mayoría de los cambios evolutivos a nivel molecular son causados ​​por la fijación aleatoria (debido a la deriva aleatoria del muestreo en poblaciones finitas) de selectivamente neutral (es decir, selectivamente equivalente ) mutantes bajo continuas entradas de mutaciones. [11]

Transcripción de ADN (Illustra Media)

El neodarwinismo postula que la evolución funciona ajustando genes que dan una ligera ventaja de supervivencia a la población, de modo que gradualmente le da al organismo una ventaja de supervivencia progresivamente mayor. La evolución no es el agente activo en este escenario. Es un resultado, no una acción. los teoría neutral de la evolución sostiene que la mayoría de los cambios evolutivos son aleatorios, y la mayor parte de la variación dentro y entre las especies, en última instancia, no es causada por la selección natural, sino por la deriva genética aleatoria de alelos neutrales originalmente producidos por mutaciones. Kimura agrega esa teoría neutral

También afirma que la mayor parte de la variabilidad genética dentro de las especies a nivel molecular (como el polimorfismo de proteínas y ADN) son selectivamente neutrales o casi neutrales y que se mantienen en la especie mediante el equilibrio entre la entrada mutacional y la extinción aleatoria. [12]

Concluye que “desde el origen de la vida en la Tierra, los cambios evolutivos neutrales han predominado sobre los cambios evolutivos darwinianos” (1991, p. 367).

Deriva genética

La base de la teoría neutral es la deriva genética, que postula que los pares de bases del ADN genómico cambian principalmente por mutaciones genéticas aleatorias y otros eventos genéticos. La deriva genética (o deriva alélica) es un cambio en la frecuencia de una variante genética (alelo) en una población que no confiere una ventaja de selección inmediata al organismo. Si este evento ocurre en los gametos, el resultado final es la creación de una nueva variedad genética que, en el futuro, puede ser evolutivamente ventajosa. La deriva también puede ocurrir en alelos selectivos y también puede tener una desventaja selectiva.

Una de las principales razones por las que se propuso la teoría neutral es porque "todas las suposiciones centrales de la síntesis moderna (a menudo llamada neodarwinismo) han sido refutadas". [13] El fallecido genetista Dr. Motoo Kimura propuso la teoría neutral en 1968 debido a muchos hallazgos de investigación molecular eran "bastante incompatibles con las expectativas del neodarwinismo". [14] Un problema importante fue que la evolución de un tipo de familia de genes a otro tipo de familia diferente, nunca se ha documentado directamente. Además, las formas de genes intermedios entre el gen antiguo, menos funcional o no funcional y el nuevo, más funcional, mediante mutaciones aleatorias como propone el darwinismo, son seriamente problemáticas.

Por lo tanto, la teoría neutral “está en marcado contraste con la teoría de la evolución neodarwiniana tradicional (es decir, la sintética), que afirma que la propagación de mutantes dentro de la especie en el curso de la evolución sólo puede ocurrir con la ayuda de la selección natural positiva. . ”[15] La teoría neutral también, en contraste con el darwinismo, postula que, si se produce la selección, es más probable que los genes seleccionados en la próxima generación sean los genes de unos pocos individuos“ afortunados ”, y no necesariamente de aquellos seres vivos. formas que son más saludables o de alguna manera "mejores".

Los partidarios de la teoría neutral aceptan la conclusión de que la mayoría de las mutaciones son ligeramente perjudiciales, pero afirman que, debido a que estos genes mutantes se purgan rápidamente por selección natural, no hacen contribuciones significativas a la variación dentro y entre especies a nivel molecular. Afirman que solo las mutaciones neutrales, o aquellas que son casi neutrales, pueden lograr esto.

El libro de Sanford & # 8217s examina el impacto de las mutaciones que son invisibles a la selección.

En contraste con la teoría neutral, ahora existe mucha evidencia para la opinión de que la mayoría de las mutaciones no son estrictamente neutrales, sino casi neutrales, lo que significa que no son dañinas como una sola entidad, sino que se acumulan colectivamente y eventualmente causan enfermedades o la muerte. El envejecimiento es el ejemplo mejor documentado de acumulación de mutaciones casi neutrales. A medida que todos los animales envejecen y mueren, también lo hace una especie por el mismo mecanismo, la acumulación de mutaciones casi neutrales.

El problema del ADN basura y duplicado

Una de las principales dificultades de la teoría neutra es la suposición de que la mayor parte del ADN, o al menos una gran parte, es selectivamente neutral basándose en la creencia de que la mayor parte del ADN no es funcional. Como concluyó Kimura, la teoría neutral "afirma que la mayor parte de la variabilidad intraespecífica ... es selectivamente neutral". [16] Se asumió que el ADN basura era una fuente importante de material genético en bruto que puede modificarse gradualmente por deriva genética o mutaciones para convertirse en un gen. que eventualmente se vuelve funcional. Sin embargo, el proyecto ENCODE ha documentado que más del 80 por ciento de todo el llamado ADN basura es realmente funcional [17], lo que crea un problema importante para la teoría neutral.

El profesor de biología Nathan Lents admite que incluso si solo una mutación hace que un gen se rompa, la reparación “es como un rayo… Las probabilidades de que un rayo caiga en el mismo lugar dos veces son tan infinitesimalmente pequeñas que no existen…. es muy poco probable que una mutación arregle un gen roto porque, después del daño inicial, el gen pronto acumulará mutaciones adicionales ”. [18] Agrega, si más de la mitad de nuestros genes están rotos, ¿cómo podemos sobrevivir como especie? ?

Su respuesta es “la mayoría de estos pseudogenes son el resultado de duplicaciones genéticas accidentales [que] ... explica por qué las mutaciones disruptivas y la posterior muerte del gen no tuvieron ningún efecto deletéreo en el individuo ". Esta es la explicación común de por qué la mayoría de las mutaciones no parecen afectar negativamente al genoma, una opinión que fue falsificada por los hallazgos de ENCODE. Si un cambio de base específico es muy poco probable, la probabilidad de cambios masivos que resulten en un nuevo gen que resulte beneficioso en el futuro es mucho menos probable.

Otra fuente hipotética de nuevos genes es la duplicación de genes, lo que permite que un gen continúe desempeñando la función para la que se desarrolló originalmente, y que el otro gen evolucione hacia un nuevo gen que pueda cumplir otra nueva función en el genoma. [ 19] Los problemas con este punto de vista están bien documentados. [20] Un problema con la teoría de la duplicación es que ambos genes son generalmente igualmente susceptibles a nuevas mutaciones, probablemente dañando tanto el gen original como el nuevo.

Otro problema es que si un gen está duplicado y se producen mutaciones en el gen original o copiado, no se seleccionará hasta que, y a menos que, la nueva proteína que produce el gen sea funcional y confiera alguna ventaja selectiva al organismo. Hasta entonces, si produce una proteína, la proteína a menudo se cortará y las partes se reciclarán. La evolución de la teoría del ADN basura se enfrenta al mismo problema. Resolver estos problemas fue una de las razones por las que se propuso originalmente la teoría neutral.

El principal problema con la teoría neutral es el hecho de que un gen no funcional no solo es inútil, sino peor.Si no cumple alguna función beneficiosa en el organismo, podría afectar negativamente al organismo. El alto costo de duplicar y mantener el gen es una de las razones por las que los genes no funcionales son costosos para la célula.

Aminoácidos (Illustra Media)

Otro problema es que las mutaciones no siempre son aleatorias. La mayoría ocurren en puntos calientes y tienden a degenerar en ciertas bases, como la timina, y también en un código para ciertos aminoácidos, a saber, los producidos por seis conjuntos diferentes de bases como la serina, que está codificada por TCT, TCC, TCA. , TCG, ATG, AGC). Tanto la arginina como la leucina también están codificadas por seis combinaciones de pares de bases. El resultado es que las combinaciones aleatorias codificarán estos aminoácidos el 9,4 por ciento del tiempo y los producidos por un conjunto de bases diferente, como el triptófano (codificado por TGG) y la metionina (codificado por ATG) se producirán por casualidad solo el 1,6 por ciento. del tiempo.

Regulación genética

Para ser funcional, un gen requiere los factores de transcripción adecuados y otros sistemas de regulación y control. Un gen que ha evolucionado según la teoría neutra, incluso si pudiera producir un producto útil, es inútil hasta que tenga la regularidad y los mecanismos de control adecuados, incluido el sistema de espliceosoma necesario para eliminar los intrones. El control de la regulación tanto hacia arriba como hacia abajo de todos los genes también es fundamental para la supervivencia de las células y los organismos.

Esto se ilustra por la transposición de un gen en algún otro lugar del genoma, como al lado de un gen que, como resultado, está regulado incorrectamente. Un ejemplo es un gen de mantenimiento que se transpone a un gen que provoca una regulación positiva de la división celular. [21] Además, la transposición de un gen junto a una secuencia reguladora que se expresa de manera constitutiva también puede hacer que ese gen se exprese en exceso, lo que resultará en cáncer u otros problemas. [22]

Los sistemas de reparación del ADN también actúan contra la deriva genética. Ahora está bien documentado que “el ADN es una molécula alarmantemente frágil…. vulnerable a la luz ultravioleta y sustancias químicas mutagénicas, así como a la descomposición espontánea. La vida ha sobrevivido a través de los siglos porque las enzimas dentro de cada célula aseguran que el ADN permanezca en buen estado de funcionamiento ”. [23] Crítico para esta supervivencia son la docena de mecanismos de reparación del ADN que resisten la deriva genética, trabajando así contra la teoría de la evolución neutral.

La transcripción de genes está estrictamente regulada por enzimas y mecanismos de reparación (Illustra Media)

El mecanismo que repara el ADN para asegurar que la molécula sea muy estable repara la mayoría de los cambios de deriva genética a pesar del hecho de que sin este sistema de reparación "en condiciones normales, el ADN sufre rápidamente suficiente daño como para hacer la vida imposible". [24]

El sistema de reparación del ADN es muy eficaz, excepto en las células que han acumulado una gran cantidad de daño en el ADN, como las células cancerosas. El cáncer a menudo se debe a mutaciones de partes clave del sistema de reparación, como p53, el llamado "guardián del genoma". Las células que ya no pueden reparar eficazmente el daño del ADN entran en uno de tres estados posibles: 1) un estado irreversible de latencia conocido como senescencia, 2) suicidio celular conocido como apoptosis o muerte celular programada, o 3) división celular no regulada, que puede conducir a un tumor canceroso. Ninguna de estas condiciones permite la deriva genética que permite una evolución neutra.

El problema del reloj molecular

Los principales factores que motivaron la propuesta de la teoría neutral incluyen dos observaciones que crearon problemas para el neodarwinismo. Uno fue el llamado reloj genético evolutivo que se basaba en sustituciones de bases de aminoácidos que resultaban de cambios en el ADN. [25] El funcionamiento de este reloj requiere una tasa de cambio bastante constante en la mayoría de los organismos.

En poblaciones grandes, si las tasas de mutación son aproximadamente las mismas para la mayoría de los genes, los modelos aleatorios simples predecirán un reloj molecular. [26] Debido a que estas dos consideraciones son erróneas, el reloj molecular no es consistente. El principal problema es que el reloj genético

no tiene sentido en el mundo de Darwin, donde las moléculas sujetas a una fuerte selección deberían evolucionar más rápido que otras, y donde los organismos expuestos a diferentes cambios y desafíos del medio ambiente deberían variar sus tasas de evolución en consecuencia. [27]

Gould reconoció que "el reloj molecular no es ni tan consistente ni tan regular como alguna vez esperó Kimura". [28]

La hipótesis del reloj molecular depende de una tasa de cambio constante.

La refutación del reloj molecular fue sólo uno de varios golpes importantes a la teoría neutral. [29] Kimura se refirió al descubrimiento de que muchos genes de la población mantienen altos niveles de variación. El problema de la teoría neutral era demasiada variación en los cambios genéticos.

plantea un problema para el darwinismo convencional porque se puede asociar un costo con la sustitución de un gen ancestral por un estado nuevo y más ventajoso del mismo gen, es decir, la muerte diferencial, por selección natural, de las nuevas formas parentales desfavorecidas. Este costo no plantea ningún problema si solo unos pocos genes antiguos se eliminan de una población en cualquier momento [30].

Además, "si cientos de genes están siendo eliminados" por selección natural porque son deletéreos, es probable que cualquier organismo posea muchos de los genes mutantes deletéreos, lo que perjudica sus posibilidades de supervivencia. Como consecuencia,

los datos sobre la copiosa variabilidad parecían indicar un caldero de actividad evolutiva en demasiados sitios genéticos, es decir, demasiados, si la selección gobierna los cambios en cada gen variable. Kimura, sin embargo, reconoció una manera simple y elegante de salir de esta paradoja. Si la mayoría de las diversas formas de un gen son neutrales con respecto a la selección, entonces están a la deriva en frecuencia por la suerte del sorteo, invisibles para la selección natural porque no hacen ninguna diferencia para el organismo. [31]

Hoy en día, el término teoría neutra a menudo se define de manera restringida en términos del resultado de las disparidades de muestreo, aunque esta definición restringida es problemática.

La teoría neutral entra en conflicto con el darwinismo

La concepción de Kimura de la teoría neutral obviamente planteó serios problemas para el darwinismo. Para evitar el problema de desafiar directamente al darwinismo, que podría producir una enorme oposición a su teoría, Kimura no lo niega abiertamente, sino que ve los procesos darwinianos como cuantitativamente insignificantes para la imagen total: una onda superficial y menor sobre el océano de neutrales. cambio molecular, impuesto de vez en cuando cuando la selección arroja una piedra sobre las aguas de la evolución ”. [32] Por el contrario, los darwinistas ortodoxos,“ tendían a argumentar que el cambio neutral ocupaba un rincón diminuto e insignificante de la evolución, un proceso extraño que operaba ocasionalmente en pequeñas poblaciones al borde de la extinción de todos modos ”. [33]

Conclusiones

Un problema evolutivo importante que la teoría neutral intenta abordar es, desde

Darwin propuso su teoría de la selección natural para explicar la evolución, la mayoría de las teorías evolutivas siempre han sido un tema de debate y controversia. La teoría neutral no fue una excepción. [34]

La investigación genética ha progresado mucho más allá de eso en los días de Kimura, refutando la teoría neutral. Además, debido a que "la teoría neutral es cuantitativa, es capaz de hacer predicciones comprobables". [35] Como han documentado el fallecido profesor de Cornell William Provine y otros, las predicciones comprobables para la teoría neutral, especialmente la deriva aleatoria, han fracasado en gran medida. [ 36] La evidencia en contra de la teoría neutral es ahora abrumadora y, como resultado, la teoría ha sido regulada al basurero de la historia. Como señaló Alvarez-Valin, las predicciones de la teoría neutral no concuerdan rotundamente con muchos de los hechos científicos. [37]

[1] Behe, Michael. 2019. Darwin Devolves: Nueva ciencia sobre el ADN que desafía la evolución. Nueva York, NY: HarperOne.

[2] Castle, William E .. 1916. Genética y Eugenesia. Un libro de texto para estudiantes de biología. Cambridge, MA: Harvard University Press, pág. 4.

[3] Tomkins, Jeffrey y Jerry Bergman. 2017. Modelo neutral, deriva genética y la tercera vía: una sinopsis de la desaparición autoinfligida del paradigma evolutivo. Diario de la creación. 31(3):94–102

[4] Duret, Laurent. 2008. Teoría neutra: La hipótesis nula de la evolución molecular. Educación en la naturaleza. 1(1):218.

[5] Alvarez-Valin, F. 2002. Teoría neutral. Enciclopedia de la evolución. Nueva York, NY: Oxford University Press, págs. 815–821 Behe, 2019, pág. 99.

[8] Kimura, M. 1979. "The Neutral Theory of Molecular Evolution". Científico americano. Noviembre, 241:98-129.

[10] Coyne, Jerry. 2015. Fe versus realidad: por qué la ciencia y la religión son incompatibles. Nueva York, NY: Viking, págs. 139–140.

[11] Kimura, M. 1991. Desarrollo reciente de la teoría neutral vista desde la tradición wrightiana de genética teórica de poblaciones. Actas de la Academia Nacional de Ciencias. 88: 5969–5973, pág. 367. Kimura, M. 1991. La teoría neutral de la evolución molecular: una revisión de la evidencia reciente. Revista japonesa de genética. 6(4):367-386.

[13] Noble, D. 2013. La fisiología está moviendo los cimientos de la biología evolutiva. Fisiología experimental. 98 (8): 1235-1243, pág. 1235.

[14] Kimura, M. 1983. La teoría neutral de la evolución molecular. Nueva York, NY: Cambridge, p. 25.

[17] Luskin, C. (2012, 5 de septiembre) "Junk No More: ENCODE Project Nature Paper encuentra las funciones bioquímicas del 80% del genoma". Noticias de evolución. Consultado el 7 de junio de 2018 en https://evolutionnews.org/2012/09/junk_no_more_en_1/

[18] Cuaresma, Nathan. 2018. Errores humanos. Boston, MA: Houghton Mifflin. pag. 72.

[20] Bergman, Jerry. 2006. ¿La duplicación de genes proporciona el motor de la evolución? Diario de la creación. 20(1):99–104

No es la primera vez que los evolucionistas se equivocan.

[21] Prelich, G. 2012. Sobreexpresión genética: usos, mecanismos e interpretación. Genética. 190: 841–854. Obtenido el 7 de junio de 2018 de http://www.genetics.org/content/genetics/190/3/841.full.pdf.

[23] Stokstad, E. 2015. Los trucos de reparación del ADN ganan el premio mayor de la química. [No es un subtítulo, solo el adelanto del artículo en el sitio web] Ciencias. 350 (6258): 266, pág. 266.

[25] Kimura, M. 1987. Reloj evolutivo molecular y teoría neutra. Revista de evolución molecular. 26: 24–33. Kimura, M. 1968. Tasa evolutiva a nivel molecular. Naturaleza. 217:624–626.

[26] Gould, S.J. 1989. A través de una lente oscura. Historia Natural. Septiembre, págs. 16-24, pág. 17.

[29] Tomkins, Jeffrey y Jerry Bergman. 2015. Relojes genéticos moleculares evolutivos: un ejercicio perpetuo de futilidad y fracaso. Diario de la creación. 29(2):26–35.

[36] Provine, William B. 2014. La falacia de la "deriva genética aleatoria". Publicado por el autor.

[37] Álvarez-Valin, 2002, pág. 821 Wolf, J.B., E.D. Brodie, III y M.J. Wade, eds. 2000. Epistasis y el proceso evolutivo. Nueva York, NY: Oxford University Press.

El Dr. Jerry Bergman ha enseñado biología, genética, química, bioquímica, antropología, geología y microbiología en varios colegios y universidades, incluso durante más de 40 años en Bowling Green State University, Medical College of Ohio, donde fue investigador asociado en patología experimental, y la Universidad de Toledo. Se graduó de la Facultad de Medicina de Ohio, la Universidad Estatal de Wayne en Detroit, la Universidad de Toledo y la Universidad Estatal Bowling Green. Tiene más de 1.300 publicaciones en 12 idiomas y 40 libros y monografías. Sus libros y libros de texto que incluyen capítulos de su autoría se encuentran en más de 1.500 bibliotecas universitarias en 27 países. Hasta ahora, más de 80.000 copias de los 40 libros y monografías de los que ha sido autor o coautor están impresos. Para obtener más artículos del Dr. Bergman, consulte su perfil de autor.


Decodificación de las complejas causas genéticas de las enfermedades cardíacas utilizando biología de sistemas

El ritmo del descubrimiento de genes de enfermedades sigue siendo mucho más lento de lo esperado, incluso con el uso de tecnologías rentables de secuenciación de ADN y genotipado. Cada vez está más claro que muchas enfermedades cardíacas hereditarias tienen una etiología poligénica más compleja de lo que se pensaba anteriormente. Comprender el papel de las interacciones gen-gen, la epigenética y las regiones reguladoras no codificantes es cada vez más crítico para predecir las consecuencias funcionales de las mutaciones genéticas identificadas mediante estudios de asociación de todo el genoma y secuenciación del genoma completo o del exoma. Actualmente se está empleando ampliamente un enfoque de biología de sistemas para descubrir sistemáticamente genes que están involucrados en enfermedades cardíacas en humanos o modelos animales relevantes a través de la bioinformática. La premisa general es que la integración de redes reguladoras de genes causales (GRN) de alta calidad, genómica, epigenómica, transcriptómica y otros datos de todo el genoma acelerará en gran medida el descubrimiento de las complejas causas genéticas de las cardiopatías congénitas y complejas. Esta revisión resume las técnicas genómicas y bioinformáticas de vanguardia que se utilizan para acelerar el ritmo del descubrimiento de genes de enfermedades en las enfermedades cardíacas. Junto con esta revisión, proporcionamos un recurso web interactivo para el análisis de biología de sistemas del desarrollo y las enfermedades del corazón de los mamíferos, CardiacCode (http://CardiacCode.victorchang.edu.au/). CardiacCode presenta un conjunto de datos de más de 700 piezas de datos de perturbación genética o molecular curados manualmente, lo que permite la inferencia de un GRN específico para el corazón de 280 relaciones reguladoras entre 33 genes reguladores y 129 genes diana. Creemos que este recurso en crecimiento satisfará una necesidad urgente insatisfecha de realizar plenamente el verdadero potencial de profético y personalizado Medicina genómica para hacer frente a las enfermedades cardíacas humanas.

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RECONSTITUCIÓN DE BIOMAS PARA COMPENSAR EL DESCONOCIMIENTO EVOLUTIVO: ORGANISMOS EUCARIÓTICOS

Aunque el microbioma a veces se desestabiliza o se altera en las culturas industrializadas, a otros componentes del bioma les ha ido mucho, mucho peor. Una amplia gama de patógenos eucariotas, parásitos, comensales y mutualistas (potenciales, ver más abajo) que alguna vez fueron omnipresentes en la humanidad, han sido prácticamente aniquilados en las poblaciones industrializadas. Estos organismos, que incluyen una variedad de protozoos y helmintos patógenos, no pueden sobrevivir frente a las instalaciones modernas de saneamiento y tratamiento de agua. Varias líneas de evidencia indican que son estos organismos los que más profundamente pasan por alto los sistemas inmunitarios industrializados (Recuadro 1). Para reconstituir este componente del bioma, se deben seleccionar o generar organismos eucariotas que sean los más adecuados para prevenir enfermedades sin causar efectos secundarios adversos, a partir de la amplia gama de especies con las que el sistema inmunológico humano ha coexistido durante su historia evolutiva. Este enfoque equivale a domesticar un número muy limitado de especies con fines de salud humana (Fig. 1). Esta idea ha sido descrita previamente [15, 21] e implica la selección de especies, muy probablemente helmintos, que tienen propiedades que las hacen adecuadas para la reconstitución del bioma de la siguiente manera:

Debería tener efectos secundarios adversos insignificantes.

No debe reproducirse en condiciones de sociedad industrializada.

Una sola exposición o como mucho un número muy limitado de exposiciones debería tener efectos que duren décadas, como ocurre con las vacunas. Esta condición probablemente dicta que es necesario establecer una colonización a largo plazo. La importancia de esta condición para la salud pública no puede subestimarse dado que un porcentaje significativo de la población en la sociedad industrializada está desatendida por la comunidad médica, teniendo un contacto limitado con los profesionales médicos para la prevención y el tratamiento de enfermedades [109-111].

La colonización debe ser fácilmente reversible, si es necesario.

Debe ser rentable. El tratamiento de toda la población industrializada dictará que, al igual que con las vacunas, el costo del tratamiento para un solo individuo debe ser relativamente insignificante.

Selección y cultivo de un número limitado de candidatos para la "reconstitución del bioma" de una gama muy amplia de organismos que colonizan a los seres humanos. Una amplia gama de organismos, incluidos los que causan enfermedades infecciosas peligrosas, podrían potencialmente "estabilizar" el sistema inmunológico para que no cause enfermedades alérgicas y autoinmunes. Sin embargo, para la reconstitución del bioma, solo son de interés aquellos organismos para los que (a) la tasa de colonización puede controlarse fácilmente, y (b) no se observan efectos secundarios adversos graves a niveles que estabilizan el sistema inmunológico. Después de este proceso de selección inicial, la cría selectiva, la manipulación genética u otros enfoques (por ejemplo, esterilización para evitar la reproducción o innovaciones tecnológicas para facilitar el envío y el almacenamiento) pueden servir como una segunda ronda del proceso de domesticación para obtener especies domésticas más óptimas. De esta manera, la domesticación propuesta de los helmintos es paralela a la vía aparente por la cual los caninos fueron domesticados por los humanos [113].

Selección y cultivo de un número limitado de candidatos para la "reconstitución del bioma" de una gama muy amplia de organismos que colonizan a los seres humanos. Una amplia gama de organismos, incluidos los que causan enfermedades infecciosas peligrosas, podrían potencialmente "estabilizar" el sistema inmunológico para que no cause enfermedades alérgicas y autoinmunes. Sin embargo, para la reconstitución del bioma, sólo son de interés aquellos organismos para los que (a) la tasa de colonización puede controlarse fácilmente, y (b) no se observan efectos secundarios adversos graves a niveles que estabilizan el sistema inmunológico. Después de este proceso de selección inicial, la cría selectiva, la manipulación genética u otros enfoques (por ejemplo, esterilización para evitar la reproducción o innovaciones tecnológicas para facilitar el envío y el almacenamiento) pueden servir como una segunda ronda del proceso de domesticación para obtener especies domésticas más óptimas. De esta manera, la domesticación propuesta de los helmintos es paralela a la vía aparente por la cual los caninos fueron domesticados por los humanos [113].

Afortunadamente, la colonización (no la "infección", que designa un proceso patógeno) con helmintos parece una opción razonable como punto de partida para tratar a los pacientes, aunque ningún helminto se ajusta necesariamente a todos los criterios "ideales" descritos anteriormente (Cuadro 3). El látigo porcino (Trichuris suis: anfitrión definitivo = Sus scrofa) ha sido objeto de la mayor cantidad de pruebas en humanos [112] y ha demostrado su utilidad en el tratamiento de algunas enfermedades inflamatorias. Sin embargo, esta especie es claramente inadecuada para la reconstitución del bioma, cuyo objetivo principal es "prevenir" (en lugar de tratar) enfermedades en la población humana. La limitación crítica inherente al tricocéfalo porcino es el hecho de que el tricocéfalo porcino no coloniza eficazmente a los seres humanos, y cualquier efecto inmunomodulador es temporal. Por lo tanto, la exposición debe repetirse de forma regular, hasta una vez cada 2 semanas. Otras limitaciones del tricocéfalo porcino incluyen el hecho de que los organismos deben aislarse de los cerdos, que son costosos de mantener en condiciones libres de patógenos. Teniendo esto en cuenta, no es factible reconstituir el bioma de la mayoría de la población humana con esta especie.

La "tenia de la rata" (Hymenolepis diminuta: anfitrión definitivo = Rattus norvegicus, con H. sapiens como hospedadores intermedios sustitutos potenciales = artrópodos) no tiene efectos secundarios adversos en humanos [114, 115]. La opinión de que este helminto podría ayudar a tratar enfermedades autoinmunes está respaldada por la observación de que la exposición a este helminto provoca un aumento en el recuento de eosinófilos [115], que es un sello distintivo de la colonización por helmintos que anula la esclerosis múltiple en humanos [55]. La tenia de la rata tiene la ventaja de que puede cultivarse en roedores de laboratorio limpios y en escarabajos de los cereales, cuyos componentes ya están presentes (inevitable e inofensivamente) en el suministro de alimentos para humanos [116]. La desventaja de la tenia de la rata es que puede requerir exposiciones repetidas para tener un efecto beneficioso a largo plazo. Además, es posible que la tenia de la rata no colonice bien a los seres humanos adultos inmunocompetentes [115], y la vida útil del helminto se limita a unos pocos años. Por tanto, el tratamiento a largo plazo con una sola dosis de tenia de rata parece poco probable.

La "tenia bovina" (Taenia saginata anfitrión definitivo = H. sapiens, anfitrión intermedio = Bos tauro), que puede sobrevivir fácilmente en humanos durante & gt20 años. Aunque la tenia bovina se considera un comensal (no perjudicial) en los seres humanos [117], produce sacos de huevos (proglótides) que son móviles y, por lo tanto, presentan una posible barrera psicológica para su uso. Por lo tanto, se espera que la modificación de la tenia bovina, ya sea por manipulación genética o por selección de variantes naturales, de modo que los huevos o sacos de huevos no móviles en lugar de sacos de huevos móviles se liberen del hospedador, aumentará en gran medida la utilidad potencial. de la tenia bovina en humanos.

Otra especie que ya se está sometiendo a ensayos clínicos [118, 119] es la "anquilostomiasis humana" (Necator americanus host = H. sapiens, con incubación en el suelo requerida entre hospedadores para completar su ciclo de vida). Al igual que la tenia de la rata, este organismo tiene una vida útil limitada y, por lo tanto, puede requerir una exposición repetida.

Aunque el uso del tricocéfalo porcino en su forma natural es inadecuado para la reconstitución del bioma, otros enfoques (Fig. 1 y Recuadro 3) son muy prometedores para el futuro de la inmunología clínica. El primer paso es encontrar los organismos naturales más útiles en términos de tratamiento / prevención eficaz de enfermedades, ausencia de efectos secundarios adversos, capacidad para controlar la tasa de colonización y viabilidad del tratamiento. Una segunda fase de la reconstitución del bioma podría utilizar organismos modificados. Por ejemplo, los estudios dirigidos a comprender la longevidad de los gusanos parásitos [120], ahora destinados a producir fármacos para erradicar los parásitos, podrían, además, utilizarse en los esfuerzos por extender la longevidad de los helmintos mutualistas.

EVOLUCIÓN DE NUESTRA CONEXIÓN CON NUESTROS SOCIOS COEVOLUCIONARIOS

Una amplia apreciación de la naturaleza de la relación entre los humanos y los helmintos que albergan es potencialmente un factor crítico para obtener la aceptación de la comunidad médica y, de hecho, del público para la reconstitución del bioma. La comprensión de esta compleja relación requiere una comprensión más amplia de la ecología y la biología evolutiva de las relaciones interespecíficas. Las interacciones entre especies totalmente no relacionadas son una característica omnipresente de la biodiversidad de la Tierra, y todos los organismos interactúan con individuos de otras especies durante al menos parte (y con frecuencia durante toda) su vida útil. El resultado de estas interacciones puede evaluarse en términos del efecto que tiene sobre la aptitud darwiniana de un organismo, es decir, su capacidad para reproducirse y la calidad y cantidad de su descendencia.

Los biólogos de organismos han categorizado tradicionalmente las interacciones entre especies en términos bastante fijos, es decir, especies a parasita especies B especies X y son socios mutualistas, etc. Esto está bien como primera aproximación, pero en muchos casos, la naturaleza de la interacción, definida por su efecto sobre la aptitud darwiniana, no es fija, sino que depende del contexto [121]. Por ejemplo, casi el 88% de las 350 000 especies de plantas con flores son polinizadas bióticamente y utilizan abejas, mariposas, pájaros y otros animales para dispersar su polen [122]. En la mayoría de las circunstancias, este es un ejemplo de libro de texto de una relación mutualista en la que el polinizador obtiene una recompensa (generalmente alimento en forma de néctar o polen) y se asegura la reproducción sexual de la planta. Pero no todos los animales que visitan las flores llevan polen, o son lo suficientemente grandes como para entrar en contacto con las partes sexuales de una flor, o se comportan de una manera que asegure que se produzca la polinización. En tales circunstancias, la relación cambia a parasitaria porque, mientras el visitante de la flor obtiene alimento, la planta pierde recursos sin ser polinizada. En otro ejemplo, se cree que el 80% de todas las plantas terrestres tienen relaciones micorrízicas con hongos [123] en las que el hongo pasa agua y nutrientes del suelo a las raíces de la planta, mientras que la planta proporciona carbohidratos derivados de la fotosíntesis al hongo. Sin embargo, esta relación mutualista puede cambiar a una parasitaria en algunas circunstancias, ya que la planta o el hongo no proporcionan ningún beneficio general para la pareja [124].

El continuo entre interacciones mutualistas y antagónicas puede ser lábil en escalas de tiempo evolutivas, así como en contextos ecológicos. Sin embargo, nuestra comprensión de cómo el mutualismo evoluciona hacia el parasitismo o viceversa, por ejemplo, es actualmente limitada. Algunos patrones son evidentes a partir de las comparaciones entre taxones relacionados, pero dilucidar los pasos biológicos y las presiones selectivas que subyacen a la evolución de estos cambios no es sencillo. Una forma de abordar esto es modelar cómo les va a los genotipos "tramposos" y "cooperativos" cuando interactúan con su anfitrión. En diferentes escenarios, el anfitrión puede desarrollar mecanismos que se adapten al cooperador (por ejemplo, proporcionando acceso a un recurso) o aplicar sanciones al tramposo (retirando ese recurso) [125]. En el caso específico de humanos (o mamíferos en general) y helmintos, la transición del parasitismo al comensalismo o mutualismo puede haber implicado una acomodación bilateral. Se puede imaginar una cadena de eventos en los que los genotipos de especies de helmintos que tienen un impacto menos negativo en la salud de su anfitrión (y por lo tanto en la aptitud) se toleran en un sentido comensal. Gradualmente, esta acomodación del huésped se convierte en una dependencia a medida que el sistema inmunológico de algunos genotipos del huésped evoluciona para "esperar" la presencia de los helmintos. Tal "expectativa" claramente implica que el sistema inmunológico se adapte genéticamente a la presencia de los simbiontes, aunque los detalles exactos son potencialmente muy complejos y ciertamente poco entendidos.

Individuos de Homo sapiens no son diferentes a otros organismos del planeta con respecto a sus interacciones con otras especies. Algunos tipos de interacción son muy raros, p. Ej. depredación activa por animales grandes. Otros están muy extendidos pero con prevalencia variable, como el parasitismo por microorganismos (enfermedad infecciosa). Sin embargo, las relaciones con los microorganismos que colonizan la piel y el intestino (que son al menos parcialmente comensales o mutualistas) son ubicuas en todas las poblaciones humanas [126-128]. Con respecto al enfoque de esta revisión, los mutualismos entre humanos y otras especies son de particular interés. Se ha propuesto que, además de las interacciones bacterianas intestinales y cutáneas, los seres humanos participan en mutualismos con una amplia gama de organismos, seamos conscientes de ello o no. Esto incluye plantas de cultivo, animales comestibles y mascotas domesticadas, mientras que las culturas tradicionales han mantenido durante mucho tiempo relaciones de cooperación con animales salvajes como guías de miel y delfines [129, 130], e incluso las sociedades urbanas se benefician de las interacciones con la vida silvestre local (por ejemplo, humanos y buitres en Oriente Medio [131]).

Las relaciones mutualistas entre especies se han descrito como "trueque biológico" en el sentido de que la especie implicaba el comercio de recursos y / o servicios que están fácilmente disponibles para una especie, pero escasean para la otra [132]. Los recursos que se comercializan son muy variados e incluyen carbohidratos, nutrientes inorgánicos, agua y compuestos químicos orgánicos e inorgánicos complejos. Los 'servicios' son más restrictivos en su rango, la distribución de los gametos y la descendencia a través de la polinización y la dispersión de semillas son bien conocidas, pero otros ejemplos incluyen la defensa física de un organismo por otro (por ejemplo, el pez payaso y sus huéspedes de anémona de mar), las relaciones de limpieza (por ejemplo, , entre peces o aves y mamíferos) y algunas formas de bioluminiscencia.

¿Dónde se ubican las relaciones entre humanos y helmintos dentro de la noción de trueque biológico y el concepto de interacciones biológicas que fluctúan en el espacio ecológico y el tiempo evolutivo? Los helmintos obtienen claramente nutrientes y agua de su anfitrión físico, así como también la defensa física del medio ambiente exterior. Entonces, esta relación se basa en parte en los recursos y en parte en la defensa, proporcionada por el anfitrión. Desde la perspectiva del huésped humano, tradicionalmente se ha considerado que los helmintos siempre son parásitos (por ejemplo, [133]), y no hay duda de que, en determinadas circunstancias, los helmintos pueden tener un efecto negativo en la salud humana. Sin embargo, a la luz del punto de vista del agotamiento del bioma, la interacción entre los helmintos y los humanos debe reformularse como mutualista, al menos bajo ciertas condiciones. Desde este punto de vista, la "asistencia" ofrecida por los helmintos en el desarrollo de un sistema inmunológico más eficaz (menos propenso a las enfermedades) por parte del ser humano se clasificaría como un servicio.

RECONSTITUCIÓN DE BIOMAS: CONSIDERACIONES

A medida que el trabajo clínico en esta área avanza para probar las ideas descritas anteriormente con respecto a los efectos del agotamiento y la reconstitución del bioma en la enfermedad, deben tenerse en cuenta varios factores. En primer lugar, debido a que el ecosistema del cuerpo humano ha evolucionado con gran complejidad, parece poco probable que las intervenciones farmacéuticas tengan éxito en el tratamiento eficaz de las enfermedades asociadas al agotamiento del bioma. La reconstitución del bioma es intuitivamente la única alternativa disponible si de hecho el agotamiento del bioma está en la raíz del problema. En segundo lugar, debido a que la prevalencia de afecciones con alta morbilidad aparentemente asociadas con el agotamiento del bioma es extremadamente alta, se necesita con urgencia una investigación exhaustiva y sistemática. En tercer lugar, debido a que los efectos de algunas reacciones inmunitarias patológicas pueden ser irreversibles y / o pueden ocurrir temprano en el desarrollo fetal (por ejemplo, autismo), es necesaria la evaluación de la normalización profiláctica del bioma humano.

Es posible que surjan algunas preocupaciones sobre la seguridad del paciente si se considera la reconstitución generalizada del bioma. De hecho, hemos señalado varios factores que podrían ser contraindicaciones para la reconstitución del bioma, incluida la inmunosupresión causada por inmunodeficiencia o por fármacos inmunosupresores [15]. Además, quedan por abordar muchas cuestiones relacionadas con la implementación de la reconstitución del bioma (Cuadro 4). Por ejemplo, se desconoce hasta qué punto la reconstitución del bioma afectará a problemas médicos universales como el envejecimiento, la eficacia de la vacuna y la patogenia de enfermedades infecciosas comunes como la gripe [15]. Por lo tanto, la reconstitución del bioma, al menos inicialmente, debe ser manejada por profesionales médicos. Sin embargo, dada (i) la vasta experiencia que apunta hacia la seguridad de varios componentes del bioma (por ejemplo, ciertos helmintos y el microbioma), (ii) las salvaguardas que necesariamente se implementarán para prevenir la propagación incontrolada de especies infecciosas (ver antes discusión) y (iii) las horribles consecuencias del agotamiento del bioma en la salud humana, parece temerario retrasar aún más los esfuerzos inmediatos encaminados a establecer la reconstitución del bioma.

Estos factores se han descrito anteriormente [21] y se centrarán en el uso de helmintos. La respuesta a estas preguntas probablemente se verá afectada por variables como la edad del huésped, el embarazo, el estado de la enfermedad, el sexo, el estado actual del bioma, el estado del bioma materno del paciente y otros factores.

¿Qué helmintos? Se debe determinar la especie o combinación de especies y la dosis (cantidad y frecuencia de administración) de helmintos que son seguros y eficaces para el tratamiento de enfermedades.

¿Qué enfermedades? En la actualidad, se desconoce qué enfermedades se pueden curar o tratar eficazmente con la reconstitución del bioma, frente a cuáles se pueden prevenir pero no curar mediante la reconstitución del bioma. Además, parece probable que no se anticipen algunas enfermedades que responden a la reconstitución del bioma. Es decir, algunos efectos positivos de la reconstitución del bioma pueden sorprender a la comunidad médica.

¿Profilaxis? Aunque se prevé que la prevención de la enfermedad con la reconstitución del bioma resultará más fácil que el tratamiento, también será necesario evaluar los requisitos necesarios para prevenir la enfermedad, especialmente con el fin de prevenir los trastornos del desarrollo neurológico.

¿Qué pacientes? Es necesario determinar los riesgos frente a los posibles beneficios de la reconstitución del bioma de pacientes que tienen afecciones médicas (p. Ej., Sistema inmunitario debilitado, anemia y coagulopatía) que podrían hacer que la reconstitución del bioma sea más riesgosa.

¿Medicina individualizada? Si la reconstitución del bioma se puede individualizar puede merecer atención (es decir, ¿se puede adaptar la reconstitución del bioma al genotipo del paciente?).

¿Efectos inesperados? El efecto de la reconstitución del bioma en la biología humana deberá monitorearse cuidadosamente, ya que puede tener un impacto en una amplia gama de problemas médicos. Por ejemplo, la reconstitución del bioma podría alterar la eficacia de herramientas médicas como vacunas y medicamentos inmunosupresores, y podría afectar procesos como el envejecimiento y la resistencia a enfermedades infecciosas.

Vale la pena considerar el nivel de dificultad que se puede encontrar al normalizar el bioma. Afortunadamente, los datos de estudios en roedores de laboratorio sugieren que la prevención de una amplia gama de enfermedades alérgicas y autoinmunes puede lograrse utilizando una variedad de organismos [53]. Aún más alentadora fue la observación de que la colonización con una variedad de helmintos fue suficiente para detener la progresión de la esclerosis múltiple en humanos [36]. En otras palabras, no era necesario ningún helminto en particular: las reglas para la reconstitución son aparentemente flexibles. De acuerdo con este punto de vista, los datos del análisis de inmunidad en roedores salvajes [47, 48] indican que el sistema inmunológico "normal", uno libre de las influencias de la medicina moderna y la tecnología de tratamiento del agua, es muy variable según el medio ambiente. Por lo tanto, la inmunidad "normal" probablemente cubre un rango muy amplio, lo que sugiere nuevamente que las reglas para la reconstitución del bioma son bastante flexibles. Por tanto, cualquiera de una amplia gama de organismos o una combinación de dichos organismos podría ser adecuado para la reconstitución del bioma y la prevención de enfermedades. Una vez más, sin embargo, se espera que los esfuerzos para tratar o curar la enfermedad resulten más difíciles que la prevención [53], al menos en algunos casos.

Afortunadamente, los componentes reales de un "Centro de reconstitución de bioma" (Fig. 2) se pueden ensamblar fácilmente en cualquier centro médico importante con capacidad de investigación. De hecho, estos componentes ya están presentes y disponibles en cualquier centro médico académico importante, aunque normalmente no funcionan juntos para el tratamiento de pacientes. Estos componentes necesarios incluyen (i) la capacidad de seleccionar donantes, humanos o no humanos, según sea necesario, según los organismos utilizados para la reconstitución del bioma, (ii) instalaciones de alojamiento de animales según sea necesario, según los organismos utilizados para la reconstitución del bioma, (iii) juntas de revisión apropiadas para garantizar la seguridad del paciente, (iv) laboratorios clínicos para purificar de manera segura los organismos para la reconstitución del bioma y (v) el personal administrativo y médico para tratar y monitorear a los pacientes.

Un hipotético "Instituto de Reconstitución y Mantenimiento de Biomas", cuyos componentes necesarios están disponibles en cualquier centro médico importante en la actualidad. El desarrollo de un instituto o centro de reconstitución de bioma solo requiere la reasignación de los componentes disponibles a nuevas tareas. Se espera que se utilicen procedimientos similares o idénticos a los ya establecidos para acreditar laboratorios clínicos, evaluar tratamientos experimentales y supervisar el uso animal. Este diagrama hipotético muestra la inclusión de trasplantes de microbioma (por ejemplo, trasplantes de microbioma colónico), así como la colonización con helmintos de origen humano y animal como parte de un centro. Sin embargo, en la práctica, los trasplantes de microbiomas pueden relegarse a un área diferente, el uso de helmintos de más de una fuente puede resultar innecesario, y el centro también puede utilizar otros componentes del bioma (por ejemplo, bacterias saprofitas) para la reconstitución del bioma.

Un hipotético "Instituto de Reconstitución y Mantenimiento de Biomas", cuyos componentes necesarios están disponibles en cualquier centro médico importante en la actualidad. El desarrollo de un instituto o centro de reconstitución de bioma solo requiere la reasignación de los componentes disponibles a nuevas tareas. Se espera que se utilicen procedimientos similares o idénticos a los ya establecidos para acreditar laboratorios clínicos, evaluar tratamientos experimentales y supervisar el uso animal. Este diagrama hipotético muestra la inclusión de trasplantes de microbioma (por ejemplo, trasplantes de microbioma colónico), así como la colonización con helmintos de origen humano y animal como parte de un centro. Sin embargo, en la práctica, los trasplantes de microbiomas pueden relegarse a un área diferente, el uso de helmintos de más de una fuente puede resultar innecesario y otros componentes del bioma (por ejemplo, bacterias saprofitas) también pueden ser utilizados por el centro para la reconstitución del bioma.

El campo de la inmunología clínica es posiblemente el campo médico que tiene más que ganar con una apreciación de la evolución de H. sapiens, y particularmente la coevolución de las múltiples especies que componen el bioma humano. Aunque los efectos de la dieta y el ejercicio alterados en la cultura industrializada son evidentes y se comprenden bien desde una perspectiva evolutiva, la prevención de estos efectos está empantanada en cuestiones relacionadas con la educación, la socialización y el cumplimiento del paciente. Por el contrario, el campo de la inmunología clínica se puede activar y habilitar de una manera que trate a los pacientes de manera efectiva con la reconstitución del bioma para evitar enfermedades alérgicas y autoinmunes, al igual que los pacientes son tratados de manera efectiva con vacunas para prevenir enfermedades infecciosas.

Algunos podrían argumentar que la aplicación generalizada de la reconstitución del bioma será difícil de lograr rápidamente. La infraestructura médica actual se centra principalmente en el desarrollo de terapias protegidas por patentes controladas por empresas con grandes inversiones financieras [53] y está destinada al tratamiento de enfermedades individuales, no a la prevención de una amplia gama de enfermedades [53].La reconstitución del bioma, por el contrario, promete la exposición de todos los individuos a organismos naturales o variantes seleccionadas de esos organismos de una manera que es necesaria para la salud humana. Tal exposición debe considerarse un derecho humano fundamental digno del apoyo del gobierno y no una opción para el desarrollo farmacéutico. Esta dicotomía y el hecho de que los paradigmas de la ciencia y la medicina tardan en cambiar [134] podrían sugerir que la reconstitución del bioma es un sueño para el futuro lejano. Sin embargo, con la gran carga de morbilidad como fuerza motriz, se podría alcanzar rápidamente un "punto de inflexión" después de los éxitos iniciales de los pioneros en el campo [21]. Este punto de vista apunta hacia un futuro brillante y cercano tanto para la reconstitución del bioma como para la inmunología clínica.


Teorías evolutivas sobre géneroy reproducción sexual

El origen y mantenimiento del sexo y la recombinación no se explica fácilmente por selección natural. La biología evolutiva no puede revelar por qué los animales abandonarían la reproducción asexual en favor de una reproducción sexual más costosa e ineficaz. Exactamente, ¿cómo llegamos a dos géneros separados, cada uno con su propia fisiología? Si, como han argumentado los evolucionistas, hay una respuesta materialista para todo, entonces la pregunta debería responderse: ¿Por qué el sexo? ¿Es el sexo producto de un accidente histórico o producto de un Creador inteligente? El artículo actual revisa algunas de las teorías actuales sobre por qué existe la reproducción sexual en la actualidad. Sin embargo, como estas teorías intentan valientemente explicar por qué existe el sexo ahora, no explican el origen del sexo. Sugerimos que no existe una explicación naturalista que pueda explicar el origen y mantenimiento del sexo.

Introducción

Los textos de iología ilustran la evolución de las amebas. en organismos intermedios, que luego dan lugar a anfibios, reptiles, mamíferos y, eventualmente, humanos. Sin embargo, nunca sabemos exactamente cuándo o cómo se originaron los sexos independientes masculinos y femeninos. En algún lugar de este camino evolutivo, se requirieron machos y hembras para asegurar la procreación que era necesaria para promover la existencia de una especie en particular. Pero, ¿cómo explican los evolucionistas esto? Cuando se les presiona para responder preguntas como, "¿De dónde vienen realmente los hombres y las mujeres?", "¿Cuál es el origen evolutivo del sexo?", Los evolucionistas se quedan en silencio. ¿Cómo podría la naturaleza desarrollar un miembro femenino de una especie que produce óvulos y está equipado internamente para nutrir un embrión en crecimiento, mientras que al mismo tiempo evoluciona un miembro masculino que produce espermatozoides móviles? Y, además, ¿cómo es que estos gametos (óvulos y espermatozoides) convenientemente "evolucionaron" para que cada uno de ellos contenga mitad el número normal de cromosomas de células somáticas (corporales)? [Las células somáticas se reproducen mediante el proceso de mitosis, que mantiene el número de cromosomas estándar de la especie y los gametos se producen a través del proceso de mitosis, que reduce a la mitad ese número. Tendremos más que decir sobre ambos procesos más adelante.]

La evolución del sexo (y la capacidad reproductiva que lo acompaña) no es un tema favorito de discusión en la mayoría de los círculos evolutivos, porque no importa cuántas teorías evoquen los evolucionistas (y hay varias), aún deben superar el enorme obstáculo de explicar el origen. de la primera hembra completamente funcional y el primer macho completamente funcional necesarios para comenzar el proceso. En su libro, La obra maestra de la naturaleza: la evolución de la genética y la sexualidad, Graham Bell describió el dilema de la siguiente manera:

& lsquoSex es la reina de los problemas en biología evolutiva. Quizás ningún otro fenómeno natural haya despertado tanto interés, ciertamente ninguno ha sembrado tanta confusión. Las ideas de Darwin y Mendel, que han iluminado tantos misterios, hasta ahora no han logrado arrojar más que una luz tenue y vacilante sobre el misterio central de la sexualidad, enfatizando su oscuridad por su mismo aislamiento. & Rsquo [1]

El mismo año en que Bell publicó su libro, el conocido evolucionista Philip Kitcher señaló: "A pesar de algunas sugerencias ingeniosas de los darwinistas ortodoxos, no existe una historia darwiniana convincente sobre el surgimiento de la reproducción sexual". [2] Desde entonces, los evolucionistas han admitido libremente que el origen El género y la reproducción sexual sigue siendo uno de los problemas más difíciles de la biología (véase, por ejemplo, Maynard-Smith, 1986, p. 35). En su libro de 2001, El gen cooperativo, El evolucionista Mark Ridley escribió (bajo el título del capítulo de & ldquoThe Ultimate Existenciantial Absurdity & rdquo):

En un artículo en Biociencia en & ldquo¿Cómo surgió el sexo ?, & rdquo Julie Schecter comentó:

Este "misterio" del sexo merece una seria consideración a la luz de su "escasa difusión" prevalencia en la actualidad.

& ldquoTravesuras intelectuales y confusión & rdquo& mdashor Intelligent Design?

Los evolucionistas admiten libremente que el origen del proceso sexual sigue siendo uno de los problemas más difíciles de la biología. [5] Lynn Marguilis y Dorion Sagan han propuesto una solución simple sugiriendo que la herencia y el sexo mendeliano fueron un accidente histórico & mdashi.e. una especie de "vestigio quoaccidental" de la era de los organismos unicelulares. Afirman que el mantenimiento del sexo es, por tanto, una cuestión "no científica" que "conduce a confusión y daño intelectual". [6] Esto implica, sin embargo, que el sexo es inútil y que se ha conservado a lo largo de los años simplemente por accidente. Sin embargo, incluso los evolucionistas se dan cuenta de la ubicuidad y complejidad de la reproducción sexual. Niles Eldridge, un evolucionista acérrimo del Museo Americano de Historia Natural, ha declarado: & ldquoSexo ocurre en todos los grupos principales de la vida & rdquo [7].

Pero por qué ¿Es este el caso? Los evolucionistas prácticamente se han visto obligados a admitir que debe haber una "buena ventaja" en un sistema tan fisiológica y energéticamente complejo como el sexo, como admitió Mark Ridley cuando escribió: ". [Es] muy probable que el sexo tenga alguna ventaja, y que la ventaja es grande. El sexo no habría evolucionado ni se habría conservado, a menos que hubiera algunos Advantage & rdquo [8] (énfasis añadido). Sin embargo, encontrar y explicar esa ventaja parece haber eludido a nuestros colegas evolutivos. Sir John Maddox, quien se desempeñó durante más de veinticinco años como editor distinguido de Naturaleza, la prestigiosa revista publicada por la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia (y que fue nombrada caballero por la reina Isabel II en 1994 por & ldquomúltiples contribuciones a la ciencia & rdquo), escribió un libro asombroso titulado Lo que queda por descubrir en el que abordó el tema del origen del sexo, y afirmó sin rodeos:

El hecho de que las ventajas del sexo "no son obvias" es bien conocido (aunque quizás no se discuta a menudo) dentro del mundo académico. J.F. Crow lamentó:

¿Qué es eso & ldquopurpose & rdquo? ¿Y cómo puede explicarlo la evolución (a través de la selección natural)? Resulta que la mentalidad común de "supervivencia de los más aptos" no puede comenzar a explicar el alto costo de desarrollar primero y luego mantener el aparato sexual. La reproducción sexual requiere que los organismos primero produzcan y luego mantengan gametos (células reproductoras, es decir, espermatozoides y óvulos).

Además, varios tipos de factores de incompatibilidad (como el factor Rh en sangre entre la madre y el niño) transmiten más & ldquocosts & rdquo (algunos de los cuales pueden poner en peligro la vida) que son automáticamente inherentes a este medio de reproducción & ldquo-caro & rdquo. En los organismos sexuales, también pueden surgir problemas con respecto al rechazo de tejido entre la madre y el embrión recién formado. El sistema inmunológico humano está atento a la identificación de tejidos extraños (como un embrión que lleva la mitad de la información genética masculina), sin embargo, los evolucionistas sostienen que el sistema reproductivo humano ha "evolucionado de forma selectiva" este método de reproducción "elaborado, ubicuo y caro".

Es nuestro argumento, basado en la evidencia, que la complejidad, la complejidad y el contenido informativo asociado con la reproducción sexual exigen la conclusión de que el sexo no es ni un "accidente histórico" que resulta en un bagaje evolutivo, ni un producto de la evolución orgánica en sí, sino que es el producto de un Creador inteligente.

De la reproducción asexual a la sexual& mdashEl origen del sexo

Muchos organismos unicelulares se reproducen asexualmente. Si todos descendemos de estas criaturas unicelulares, como han sugerido Margulis y Sagan, ¿por qué se dejó de lado el método simple pero eficiente de reproducción asexual en favor de la reproducción sexual? Dobzhansky y sus coautores comentaron sobre esta dificultad irónica en su libro, Evolución:

La reproducción asexual es la formación de nuevos individuos a partir de células de un solo padre, sin formación de gametos ni fertilización por otro miembro de la especie. Por tanto, la reproducción asexual no requiere un padre productor de óvulos y un padre productor de esperma. Un padre soltero es todo lo que se requiere. La esporulación (la formación de esporas) es un método de reproducción asexual entre protozoos y ciertas plantas. Una espora es una célula reproductiva que produce un nuevo organismo sin fertilización. En ciertas formas inferiores de animales (p. Ej., Hidra) y en levaduras, la gemación es una forma común de reproducción asexual a medida que una pequeña protuberancia en la superficie de la célula madre aumenta de tamaño hasta que se forma una pared para separar al nuevo individuo (el brote ) del padre. La regeneración es otra forma de reproducción asexual que permite a los organismos (por ejemplo, estrellas de mar y salamandras) reemplazar las partes lesionadas o perdidas.

Mientras luchaban por explicar la existencia de la reproducción sexual en la naturaleza, los evolucionistas han sugerido cuatro teorías diferentes (y a veces contradictorias), conocidas en la literatura como: (1) el principio de la lotería (2) la hipótesis del banco enredado (3) el rojo La hipótesis de la reina y (4) la hipótesis de la reparación del ADN. Nos gustaría discutir cada uno brevemente.

El principio de la lotería

El principio de la lotería fue sugerido por primera vez por el biólogo estadounidense George C. Williams en su monografía, Sexo y evolución. [12] La idea de Williams era que la reproducción sexual introducía la variedad genética para permitir que los genes sobrevivieran en entornos cambiantes o nuevos. Usó la analogía de la lotería para transmitir el concepto de que la cría asexualmente Sería como comprar una gran cantidad de boletos para una lotería nacional pero dándoles a todos el mismo número. Sexual la reproducción, en cambio, sería como comprar un número reducido de entradas, pero dándole a cada una de ellas un número diferente.

La idea esencial detrás del Principio de la Lotería es que dado que el sexo introduce variabilidad, los organismos tendrían más posibilidades de producir descendencia que sobrevivirá si reproducen una variedad de tipos en lugar de simplemente más de los mismos. Los que defienden el principio de la lotería señalan que, en su opinión, la reproducción asexual está mal equipada para adaptarse a las condiciones ambientales que cambian rápidamente debido al hecho de que la descendencia son duplicados exactos (es decir, clones) de sus padres, y por lo tanto, poseen inherentemente menos variación genética que, en última instancia, podría conducir a una adaptabilidad radicalmente mejorada y una probabilidad mucho mayor de supervivencia). Como escribió Carl Zimmer bajo el título de & ldquoEvolution from Within & rdquo en su volumen, Parásito rex: & ldquoUna línea de clones podría funcionar bastante bien en un bosque, pero ¿qué pasaría si ese bosque se transformara en unos pocos siglos en una pradera? El sexo trajo las variaciones que podrían permitir que los organismos sobrevivieran al cambio. & Rdquo [13] Matt Ridley agregó:

Sería "dos veces más bueno" o "dos veces más adecuado", por supuesto, porque tenía el doble de la dotación genética (habiendo recibido la mitad de cada uno de los dos padres). Como Reichenbach y Anderson resumieron el tema:

Es esa "diversidad de especies", según el principio, lo que ayuda a un organismo a mantener su ventaja competitiva en la naturaleza y la lucha por "la supervivencia de los más aptos". Pero el principio de la lotería ha atravesado tiempos difíciles últimamente. Sugiere que el sexo se vería favorecido por un variable medio ambiente, sin embargo, una inspección de cerca de la distribución global del sexo revela que donde los entornos son estable (como en los trópicos), sexual la reproducción es la más común. Por el contrario, en áreas donde el medio ambiente es inestable (como en altitudes elevadas o en cuerpos pequeños o en agua), asexual la reproducción abunda.

La hipótesis del banco enredado

La hipótesis del banco enredado sugiere que el sexo evolucionó para preparar a la descendencia para el complicado mundo que los rodea. La fraseología & ldquotangled bank & rdquo proviene del último párrafo de Darwin & rsquos Origen de las especies, en el que se refirió a una amplia variedad de criaturas que compiten por la luz y la comida en un "banco encuadrado". . Como lo describió Zimmer:

La hipótesis del banco enredado, sin embargo, también ha atravesado tiempos difíciles. En su libro, Evolución y comportamiento humano, John Cartwright concluyó:

De hecho, la evidencia sugiere & ldquot que las especies pasan vastos períodos de tiempo sin cambiar mucho. & Rdquo Considere la siguiente admisión a la luz de ese punto. Según Margulis y Sagan, las bacterias "evolucionaron" de tal manera que, en última instancia, son las responsables de la reproducción sexual. Sin embargo, si ese es el caso, ¿por qué, entonces, las bacterias mismas han permanecido prácticamente sin cambios y mdash desde un punto de vista evolutivo y mdash durante miles de millones de años de historia de la Tierra? En su libro, Evolución de los organismos vivos, el eminente zoólogo francés, Pierre-Paul Grass, planteó este mismo punto.

Además, cabe señalar que hoy en día todavía vemos organismos que se reproducen asexualmente, así como organismos que se reproducen sexualmente, lo que plantea la pregunta obvia: ¿Por qué algunos organismos continúan reproduciéndose asexualmente, mientras que otros han "evolucionado" la capacidad de reproducirse sexualmente? ¿No se han identificado los organismos asexuales como una variedad genética para permitir que los genes sobrevivan en entornos cambiantes o novedosos (el Principio de la Lotería)? ¿No han querido alguna vez preparar a sus descendientes para el complicado mundo que los rodea (la hipótesis del banco enredado)?

La hipótesis de la reina roja

La hipótesis de la Reina Roja fue sugerida por primera vez por Leigh Van Valen en un artículo titulado & ldquoA New Evolutionary Law & rdquo in Teoría evolutiva. [19] Su investigación sugirió que la probabilidad de que los organismos se extingan no tiene relación con el tiempo que ya pueden haber sobrevivido. En otras palabras, como lo expresó Cartwright: "Es un pensamiento aleccionador que la lucha por la existencia nunca se vuelve más fácil, por muy bien adaptado que esté un animal, todavía tiene las mismas posibilidades de extinción que una especie recién formada". [20] Biólogos llegó a referirse al concepto como la Hipótesis de la Reina Roja, que lleva el nombre del personaje de Lewis Carroll & rsquos Através del espejo que llevó a Alice a una larga carrera que en realidad no llegó a ninguna parte. Como la reina le dijo a la pobre Alicia: "Ahora, aquí, ya ves, se necesita todo lo que puedas correr para mantenerte en el mismo lugar". Piensa en ello como una "carrera armamentista genética" en la que un animal debe correr constantemente el desafío genético. de poder perseguir a sus presas, eludir a los depredadores y resistir la infección de organismos que causan enfermedades. En el mundo de la Reina Roja, los organismos tienen que correr rápido, ¡solo para quedarse quietos! Es decir, constantemente tienen que & ldquorun para tratar de mejorar & rdquo (y el desarrollo del sexo sería una forma de lograrlo). Sin embargo, hacerlo no proporciona una garantía automática de ganar la lucha conocida como "la supervivencia del más apto". La "naturaleza", dijo el eminente poeta británico Lord Tennyson, está "hecha a mano". Actualmente, la hipótesis de la Reina Roja parece ser la favorita de todos. evolucionistas de todo el mundo al intentar explicar la razón del & ldquowhy & rdquo del sexo.

La hipótesis de la reparación del ADN

Piensa sobre esto. ¿Por qué los bebés nacen jóvenes? Pregunta estúpida y mdash con una respuesta evidente, ¿verdad? Los evolucionistas sugieren lo contrario. El punto de la pregunta es este. Nuestras células somáticas (corporales) envejecen. Sin embargo, a las células de un recién nacido se les ha retrasado el reloj y se han vuelto a poner en orden. Las células somáticas mueren, pero la línea germinal parece ser prácticamente inmortal. ¿Por qué es este el caso? ¿Cómo pueden las "personas antiguas" producir bebés "jóvenes"? En un artículo histórico publicado en 1989, Bernstein, Hopf y Michod sugirieron que habían descubierto la respuesta:

El ADN se puede dañar de al menos dos formas. Primero, la radiación ionizante o los químicos mutagénicos pueden alterar el código genético. O, en segundo lugar, una mutación puede ocurrir a través de errores durante el proceso de replicación en sí. La mayoría de las mutaciones son perjudiciales (ver Cartwright [22]). En un organismo asexual, por definición, cualquier mutación que ocurra en una generación se transmitirá automáticamente a la siguiente. En su libro, La reina roja [23] Matt Ridley lo comparó con lo que ocurre cuando fotocopias un documento, luego fotocopias la fotocopia y luego fotocopias esa fotocopia, etc. Con el tiempo, la calidad se deteriora gravemente. Los organismos asexuales, a medida que continúan acumulando mutaciones, se enfrentan a la desagradable perspectiva de volverse a la vez incapaces de reproducirse e inviables, ninguno de los cuales sería de ninguna ayuda para la evolución. [Comúnmente conocido como hipótesis de Muller & rsquos Ratchet, el mecanismo opera como un trinquete hacia abajo en poblaciones asexuales con cualquier mutación deletérea que ocurra en un organismo de transmisión vertical.]

Pero la reproducción sexual permite que la mayoría de las plantas y animales creen descendencia con buenas copias de dos genes a través del cruzamiento y, por lo tanto, ayudaría a eliminar este trinquete descendente, ya que las mutaciones, aunque aún podrían transmitirse de una generación a la siguiente, no necesariamente lo serían. expresado en la próxima generación (debe aparecer una mutación en los genes de ambos padres antes de que se exprese en la descendencia). Como lo expresó Cartwright:

Pero, como Cartwright llegó a admitir: "Esta teoría no está exenta de problemas y críticos". [25] Uno de esos problemas, expresado por Mark Ridley (no es pariente de Matt), es: "No sabemos con certeza que el sexo existe". para purgar genes malos. & rdquo [26] ¡No, ciertamente no lo hacemos! Y, de hecho, está empezando a acumularse evidencia de que quizás la Hipótesis de Reparación del ADN en sí misma necesita una & ldquoreparación & rdquo. Como señaló Maddox:

No debemos pasar por alto un hecho importante a lo largo de todo esto: estas teorías intentan valientemente explicar por qué el sexo existe ahora, pero no explican el origen del sexo. ¿Cómo, exactamente, logró la naturaleza la "invención" del maravilloso proceso que conocemos como sexo? Al abordar este mismo problema, Maddox preguntó con curiosidad:

¡Exactamente nuestro punto! Una cosa es desarrollar una teoría o hipótesis para explicar algo que ya existe, pero es completamente diferente desarrollar una teoría o hipótesis para explicar por qué ese algo (en este caso, sexo) existe. Como Mark Ridley admitió a regañadientes: & ldquoSex no se usa simplemente por falta de una alternativa. Nada, en un sentido evolutivo, efectivo organismos para reproducirse sexualmente y rdquo [29] [emp. adicional].

Quizás Cartwright resumió bien el tema cuando dijo: "Quizás no haya una única explicación para el mantenimiento del sexo frente a un costo severo". [30] Dado que está hablando de una explicación estrictamente naturalista, estaríamos totalmente de acuerdo. Pero sugerimos que no existe ninguna explicación naturalista para el origen o el mantenimiento del sexo.

POR QUÉ SEXO?

Entonces, ¿por qué existe el sexo? En su libro de 2001, Evolución: el triunfo de una idea, Carl Zimmer admitió:

Desde un punto de vista evolutivo, el sexo definitivamente es "una forma ineficiente de reproducirse". Piense en todo el proceso sexual que conlleva, incluida la complejidad involucrada en la reproducción de la información contenida en el ADN. Es la complejidad de este proceso, y la manera en que se copia de generación en generación, lo que prácticamente llevó a Mark Ridley a la distracción en El gen cooperativo.

Una vez más, desde un punto de vista evolutivo, el sexo se consideraría & ldquoabsurd & rdquo. Pero desde un punto de vista diseño mirador, es nada menos que increíble!

Sin embargo, hay una pregunta aún más importante que por qué el sexo existe. Cómo ¿El sexo llegó a existir? La evolución depende del cambio (la palabra inglesa & ldquoevolution & rdquo deriva del latín evolucionar, que significa & ldquoto desenrollar, cambiar & rdquo). Obviamente, si todo siguiera igual, no habría evolución. Los evolucionistas creen que las fuerzas impulsoras detrás de la evolución son la selección natural y las mutaciones genéticas que ocurren durante largos períodos de tiempo geológico (ver Peter Ward [33]). Las mutaciones son principalmente el resultado de errores que ocurren durante la replicación del ADN. Hay tres tipos diferentes de mutaciones: beneficiosas, perjudiciales y neutrales (véase Mayr [34]). Las mutaciones neutrales (que ciertamente ocurren) son, como su nombre lo indica, "quoneutrales". No "impulsan" la evolución hacia adelante de manera significativa. Las mutaciones deletéreas & ldquow serán seleccionadas y serán eliminadas a su debido tiempo & rdquo [35] Eso, entonces, deja mutaciones beneficiosas, que, según los evolucionistas, se incorporan a la especie por selección natural, resultando eventualmente en organismos nuevos y diferentes.

Pero, ¿qué tiene que ver todo esto con el origen del sexo? Los evolucionistas se adhieren a la opinión de que los primeros organismos en la Tierra fueron asexual, y por lo tanto creen que, durante miles de millones de años de la historia de la Tierra, los organismos asexuales experimentaron numerosas mutaciones beneficiosas que los hicieron evolucionar a sexual organismos. Pero el cambio de un procariota asexual unicelular (como una bacteria) en un eucariota sexual multicelular no sería un proceso "equomágico" llevado a cabo por unas pocas mutaciones beneficiosas bien elegidas (como si la naturaleza tuviera el poder de & ldquoelija & rdquo cualquier cosa!). De hecho, sería todo lo contrario. ¿Porque? Ernst Mayr, quien indudablemente se ubica como el taxonomista evolutivo más eminente del mundo, comentó en su libro: Qué es la evolución: & ldquoCualquier mutación que induzca cambios en el fenotipo [la estructura física externa de un organismo-BT / BH] será favorecida o discriminada por la selección natural. [L] a ocurrencia de nuevas mutaciones beneficiosas es bastante rara& rdquo [36] [énfasis. adicional]. Las mutaciones beneficiosas (es decir, aquellas que proporcionan información adicional e instrucciones para el organismo) son de hecho `` bastante raras ''. Además, como se sabe que los evolucionistas admiten con bastante franqueza, las mutaciones que afectan el fenotipo casi siempre son dañino (ver Crow [37] Cartwright [38]). El famoso genetista de la Universidad de Stanford, Luigi Cavalli-Sforza (quien es el jefe del Proyecto Internacional del Genoma Humano), abordó este hecho cuando escribió:

Al abordar la completa ineficacia de las mutaciones como un supuesto mecanismo evolutivo, el Dr. Grass observó:

Grass no es el único evolucionista prominente que adopta tal punto de vista con respecto a las mutaciones como una fuerza impulsora ineficaz de la evolución. En un discurso presentado en Hobart College hace varios años, el fallecido paleontólogo de Harvard Stephen Jay Gould habló de una manera un tanto militante sobre el tema cuando dijo:

Todo esto plantea la pregunta: si las mutaciones son no la causa del cambio evolutivo, entonces, ¿cuál es?

Sin embargo, hay más en el problema del origen del sexo que "sólo" el hecho de mutaciones beneficiosas raras y sus primos mucho más frecuentes, las mutaciones dañinas y deletéreas. Existe el problema adicional relacionado con los dos tipos diferentes de división celular que mencionamos anteriormente: mitosis y meiosis. Durante la mitosis, todos de los cromosomas se copian y pasan de la célula madre a las células hijas. La meiosis (del griego que significa dividir), por otro lado, ocurre solo en las células sexuales (es decir, óvulos y espermatozoides) durante este tipo de replicación. sólo la mitad del material cromosómico se copia y se transmite. [Para obtener una descripción excelente y actualizada del complicado proceso de dos partes mediante el cual se produce la meiosis, consulte Mayr [42]]. Una vez que se ha producido la meiosis,

Son precisamente esos hechos los que supuestamente la meiosis ha "evolucionado" la capacidad de reducir a la mitad el número de cromosomas (pero solo para los gametos), y que en realidad puede proporcionar "material nuevo ilimitado", lo que hace que el proceso meiótico sea tan increíble. Y la naturaleza crítica de la meiosis para la vida tal como la conocemos ha sido reconocida (aunque quizás a regañadientes) incluso por los evolucionistas. Margulis y Sagan, por ejemplo, escribieron:

Estos dos evolucionistas han admitido que la meiosis es fundamental para la reproducción sexual. Sin embargo, en su volumen, Verdades inclinadas, afirmaron inequívocamente que el sexo meiótico evolucionó "hace 520 millones de años". [45] ¿Cómo, por favor dígame, podrían las bacterias que se supone que son responsables de la evolución del sexo se han "quostabilizado hace mil millones de años" (como Grass observó que lo hicieron)? , y luego 500 millones de años después esa estabilización, mutar lo suficiente como para "evolucionar" el laborioso proceso de la meiosis? ¿En algún momento los autores deben ser cuestionados sobre el fundamento de su pensamiento? Lea atentamente el siguiente escenario, como se establece en el libro de Jennifer Ackerman & rsquos 2001, Oportunidad en la Casa del Destino, y mientras lo hace, concéntrese en los elementos que hemos colocado en negrita que pretenden llamar la atención del lector sobre la naturaleza "justamente" del relato que se ofrece.

Las primeras células sexuales mayo ha sido. Por casualidad, algunos podría haber sido. Quizás Algunos fueron. Tiempo extraordinario, los. No es de extrañar que, en sus momentos más sinceros, los evolucionistas admitan, como finalmente lo hizo Ackerman, que "cuando se trata de sexo, habitamos un misterio". [47]

Sin embargo, observe la admisión de Margulis y Sagan de que la "quomeiosis parece estar relacionada con la diferenciación compleja de células y tejidos".¡ahora! Pero, ¿cómo se inició un proceso tan increíblemente complejo como la meiosis? ¿Qué (o, mejor aún, OMS) & ldquointricadamente conectado con la diferenciación compleja de células y tejidos & rdquo? Con el debido respeto, no hay un evolucionista en el planeta que haya podido dar una explicación adecuada (mucho menos creíble) sobre cómo las células somáticas se reproducen por mitosis (manteniendo así el número de cromosomas estándar de la especie en cada célula), mientras que los gametos son producidos por meiosis y mdash, donde el número de cromosomas se reduce a la mitad, de modo que, en la unión de los gametos masculino y femenino durante la reproducción, se restablece el número estándar.

Conclusión

Lewis Thomas, el médico de gran prestigio que se desempeñó durante muchos años como presidente y canciller del prestigioso Sloan-Kettering Cancer Center en Manhattan, no pudo contener ni su entusiasmo ni sus elogios por el sistema que conocemos como "reproducción homosexual". su libro, La medusa y el caracol, escribió sobre el "quomiracle" de cómo un espermatozoide se forma con un óvulo para producir la célula que conocemos como cigoto, que, nueve meses después, se convertirá en un ser humano recién nacido. Él concluyó:

El dinero del Dr. Thomas está perfectamente seguro. Nadie ha sido capaz de explicar & mdashdesde un punto de vista evolutivo & mdash el origen del sexo, el origen del proceso meiótico increíblemente complejo que hace posible el sexo, o el intrincado desarrollo del embrión (que es en sí mismo una maravilla del diseño). En el momento de la concepción, los cromosomas heredados de los espermatozoides se emparejan con los cromosomas heredados del óvulo para dar al nuevo organismo su complemento cromosómico completo. Los teóricos evolucionistas nos piden que creamos que ocurrencias aleatorias y fortuitas provocaron este proceso maravillosamente interdependiente de, primero, dividir la información genética en mitades iguales y, segundo, recombinarla a través de la reproducción sexual. No solo se requiere un proceso intrincado para producir un espermatozoide u óvulo en primer lugar a través de la meiosis, sino que también se requiere otro mecanismo igualmente complejo para reunir la información genética durante la fertilización con el fin de producir el cigoto, que se convertirá en el embrión, que se convertirá en el feto, que eventualmente se convertirá en el recién nacido. La idea de que todo esto "acaba de evolucionar" es indigna de consideración o aceptación, especialmente a la luz de las pruebas que tenemos a mano.

La forma sumamente compleja e intrincada en la que el cuerpo humano reproduce la descendencia no es una cuestión de mera casualidad o un "papel equitativo de los dados". Más bien, es el producto de un Creador inteligente. Albert Einstein lo dijo bien cuando afirmó: "Dios no juega a los dados con el universo". [49]


Investigación Investigación

La investigación nos ayuda a comprender mejor las enfermedades y puede conducir a avances en el diagnóstico y el tratamiento. Esta sección proporciona recursos para ayudarlo a aprender sobre la investigación médica y las formas de participar.

Recursos de investigación clínica

  • ClinicalTrials.gov enumera los ensayos relacionados con la esclerosis lateral amiotrófica. Haga clic en el enlace para ir a ClinicalTrials.gov y leer las descripciones de estos estudios.

Registro de pacientes

  • El Consorcio de Investigación Clínica en Esclerosis Lateral Amiotrófica y Trastornos Relacionados para el Desarrollo Terapéutico (CREATE) es un grupo integrado de centros médicos académicos, organizaciones de apoyo al paciente y recursos de investigación clínica dedicados a realizar investigaciones clínicas que involucran formas esporádicas y familiares de esclerosis lateral amiotrófica, frontotemporal demencia (FTD), esclerosis lateral primaria (PLS), paraplejía espástica hereditaria (HSP) y atrofia muscular progresiva (PMA). El Consorcio CREATE tiene un registro de contactos para pacientes que desean ser contactados sobre oportunidades de investigación clínica y actualizaciones sobre el progreso de los proyectos de investigación.


Evolución del envejecimiento como una maraña de compensaciones: energía versus función

A pesar de los tremendos avances de los últimos años, nuestra comprensión de la evolución del envejecimiento aún es incompleta. Un paradigma dominante sostiene que el envejecimiento evoluciona debido a las demandas energéticas competitivas de la reproducción y el mantenimiento somático, lo que conduce a una acumulación lenta de daño celular no reparado con la edad. Sin embargo, la centralidad de las compensaciones energéticas en el envejecimiento se ha cuestionado cada vez más a medida que los estudios en diferentes organismos han desacoplado las compensaciones entre reproducción y longevidad. Una teoría emergente es que, en cambio, el envejecimiento es causado por procesos biológicos que están optimizados para la función de la vida temprana, pero se vuelven dañinos cuando continúan funcionando sin cesar en la vejez. Esta idea se basa en la comprensión de que la regulación de la expresión génica en las primeras etapas de la vida puede fallar en la edad avanzada porque la selección natural es demasiado débil para optimizarla. La evidencia empírica apoya cada vez más la hipótesis de que la expresión génica subóptima en la edad adulta puede resultar en un mal funcionamiento fisiológico que conduce a la senescencia del organismo. Argumentamos que el estado actual de la técnica en el estudio del envejecimiento contradice la opinión generalizada de que las compensaciones energéticas entre crecimiento, reproducción y longevidad son la base universal de la senescencia. La investigación futura debería centrarse en comprender la contribución relativa de la energía y las compensaciones funcionales a la evolución y expresión del envejecimiento.

1. Introducción

De hecho, es notable que después de una hazaña aparentemente milagrosa de morfogénesis, un metazoo complejo sea incapaz de realizar la tarea mucho más simple de simplemente mantener lo que ya está formado.

El envejecimiento, o senescencia, es un deterioro fisiológico de un organismo con la edad avanzada, que reduce el rendimiento reproductivo y aumenta la probabilidad de muerte [1, 2]. A pesar de que el envejecimiento reduce la aptitud darwiniana, es omnipresente y representa una parte integral del curso de vida de la mayoría de las especies de la Tierra [2, 3]. Originalmente se creía que el envejecimiento se limitaba solo a los humanos, los animales en cautiverio y el ganado porque los animales en la naturaleza mueren por depredación, competencia y parásitos antes de envejecer. Por lo tanto, se predijo que el envejecimiento estaría en gran parte fuera del ámbito de la selección natural. Sin embargo, esta opinión ha sido revocada en los últimos años por una serie de estudios sobresalientes en poblaciones naturales que han demostrado definitivamente que el envejecimiento también ocurre en la naturaleza y es muy común (revisado en [3]). No obstante, existe una notable diversidad en los patrones de envejecimiento en todo el árbol de la vida, y algunas especies muestran tasas insignificantes de senescencia en la reproducción específica por edad, la mortalidad o ambas [4]. Para explicar esta variación, los biólogos evolutivos y los biogerontólogos han intentado comprender por qué evoluciona el envejecimiento, qué determina la variación en la esperanza de vida y las tasas de envejecimiento, cuáles son las causas próximas del envejecimiento y ¿se conservan evolutivamente? Tal comprensión requiere un enfoque integrado en el que se utilizan conceptos evolutivos para guiar la investigación sobre los mecanismos del envejecimiento, mientras que el conocimiento de los mecanismos se utiliza para apoyar o rechazar diferentes teorías evolutivas.

2. ¿Por qué envejecen los organismos?

Esta pregunta clave y duradera requiere calificación: ¿estamos preguntando las razones precisas por las que usted o yo podríamos estar envejeciendo o, alternativamente, por qué el envejecimiento evolucionó en primer lugar? El hecho de que no se distinga claramente entre estas cuestiones próximas y últimas, y por qué incluso importa, ha dado lugar a una gran confusión dentro del estudio más amplio del envejecimiento. El objetivo de esta revisión es unir estos enfoques y facilitar una comprensión más completa de la biología del envejecimiento mediante la integración de los últimos avances mecanicistas con la teoría evolutiva. A través de esto, promoveremos la idea de que estos enfoques son complementarios, sinérgicos y pueden ayudar en el desarrollo de la teoría de la historia de vida específica por edad.

Las teorías evolutivas del envejecimiento se han revisado extensamente [1, 2, 5, 6] y solo se resumen brevemente aquí. Estas teorías se basan en el axioma de que la selección maximiza la aptitud, no necesariamente la vida útil. Por lo tanto, el envejecimiento está asociado con procesos selectivos para construir vehículos para una reproducción exitosa [7,8]. La idea clave que sustenta la teoría evolutiva del envejecimiento es que la fuerza de la selección natural en un rasgo disminuye después de la maduración sexual y con el avance de la edad [9-13] dando como resultado la famosa "sombra de selección" de Haldane [14] (figura 1). Esto se debe a que la mortalidad extrínseca no relacionada con el envejecimiento reduce la probabilidad de reproducción en la vejez y los ancianos de la población ya han producido una gran parte de la reproducción de su vida y han transmitido sus genes, lo que resulta en una disminución de los gradientes de selección en la mortalidad y la fertilidad. [11-13,17]. Esta idea única y fundamentalmente importante condujo a la formulación de las principales teorías del envejecimiento.

Figura 1. La fuerza de la selección por edad se maximiza durante el desarrollo prerreproductivo, pero disminuye después de la maduración sexual con el avance de la edad adulta y llega a cero en la edad de la última reproducción [11-13,15]. Los colores a lo largo de la línea de gradiente de selección representan el efecto de un alelo antagónico pleiotrópico (AP) sobre la aptitud a lo largo del curso de la vida, desde el verde positivo temprano en la vida hasta el rojo fuertemente negativo en la vejez. El sombreado del fondo representa el efecto de un alelo AP en la vida útil a lo largo del ciclo de vida, desde el blanco neutro hasta el negro fuertemente negativo. El alelo AP clásico, según lo previsto por Williams [10], tendrá un efecto positivo en la aptitud física durante el desarrollo, pero un efecto negativo en la aptitud física en la vejez. Sin embargo, los efectos de un alelo AP de este tipo en la vida útil variarán a lo largo de la vida dependiendo de si la compensación entre la vida útil y otros rasgos relacionados con la aptitud se basa en la energía o la función. El efecto negativo sobre la esperanza de vida puede resultar de la asignación competitiva de energía entre el desarrollo, el crecimiento y la reproducción, por un lado, y el mantenimiento somático, por el otro, dando lugar a compensaciones energéticas como sugiere la teoría del "soma desechable" [16]. Bajo las compensaciones de energía, la acumulación de daños debido a una reparación insuficiente comienza temprano en la vida y se acumula a lo largo de las edades hasta la desaparición de un organismo y la extensión de la vida útil siempre es costosa. Sin embargo, las compensaciones funcionales resultan de una regulación subóptima de la expresión génica en la vejez, lo que da como resultado una función fisiológica subóptima. Bajo compensaciones funcionales, la optimización de la expresión génica en la edad adulta mejora tanto la aptitud como la esperanza de vida, sin costos de desarrollo. (Versión online en color).

Acumulación de mutaciones: en este, las mutaciones con efectos tardíos pueden acumularse y transmitirse a través de la línea germinal [9]. En este caso, el envejecimiento se produce debido a la suma de efectos deletéreos adquiridos aleatoriamente que se manifiestan sólo al final de la vida [18]. Siguiendo la premisa de la "sombra de selección", el envejecimiento a edades avanzadas tiene un impacto relativamente pequeño en la aptitud general de un organismo. Las primeras formulaciones de MA asumían 'ventanas' estrechas para los efectos mutacionales durante el curso de vida del organismo, y los modelos basados ​​en tales suposiciones predijeron un rápido aumento de la mortalidad después del final de la reproducción, o 'paredes de la muerte' que rara vez se ven en la naturaleza. . Los modelos posteriores consideraron la posibilidad de efectos mutacionales positivos en las clases de edad adyacentes y exploraron la medida en que podría ocurrir MA incluso si los genes responsables en última instancia del envejecimiento tuvieran efectos levemente deletéreos en las primeras etapas de la vida [6, 19, 20]. Estos modelos permitieron una esperanza de vida posterior a la reproducción, un aumento más gradual de la tasa de mortalidad con la edad y una disminución de las tasas de mortalidad a una edad muy avanzada.La teoría de la MA no hace suposiciones específicas sobre qué tipos de vías deberían respaldar el envejecimiento, ya que la acumulación de efectos mutacionales podría ocurrir en teoría en loci aleatorios. MA tiene cierto apoyo (revisado en [21]), aunque discusiones recientes han resaltado que puede no ser consistente con el descubrimiento de las vías de señalización molecular que potencialmente sustentan el envejecimiento en muchos grupos de animales y parecen estar conservadas evolutivamente [21-23] .

Pleiotropía antagonista: es la teoría evolutiva del envejecimiento que reconoce que los genes a menudo tienen efectos múltiples o pleiotrópicos y que un efecto beneficioso de un gen temprano en la vida de un organismo puede seleccionarse fuertemente incluso si ese gen causa un efecto negativo más adelante en la vida [10]. Debido a que los gradientes de selección sobre la supervivencia y la fertilidad disminuyen con la edad, es probable que los efectos beneficiosos en la vida temprana se seleccionen de manera muy positiva, y los efectos nocivos en la vejez pueden persistir porque la selección es débil y no puede eliminarlos. La pleiotropía antagonista (AP) enfatiza la importancia y la inevitabilidad de las compensaciones entre los diferentes rasgos de la historia de vida a lo largo de la vida temprana y tardía. Para determinar si MA o AP era el paradigma dominante, muchos estudios han examinado si un mayor éxito en la reproducción temprano en la vida está inevitablemente asociado con una menor esperanza de vida o un mayor envejecimiento. Los experimentos de evolución de laboratorio han seleccionado con éxito el aumento de la aptitud en la vejez y han observado una disminución de la aptitud en la vida temprana como una respuesta correlacionada [24, 25] de acuerdo con la teoría AP. Otros seleccionaron directamente para aumentar la supervivencia y observaron una disminución del rendimiento reproductivo [26]. La identificación de alelos individuales con efectos AP también ha fortalecido el apoyo [27-29]. Como se señaló anteriormente, Williams sugirió originalmente los tipos de loci que podrían mostrar efectos antagónicos y, aunque al principio es un concepto abstracto, el hallazgo de genes con el perfil apropiado de efectos antagónicos proporciona un apoyo intrigante para AP. Un ejemplo se encuentra en el pez espada de cola (Xiphophorus cortezi), en el que los individuos que portan el dominante Xmrk Los oncogenes han aumentado simultáneamente el riesgo de melanoma y una ventaja de tamaño selectiva [30].

3. Compensación energética entre crecimiento, reproducción y longevidad

Si bien la lógica de la teoría AP del envejecimiento [10] es sencilla, respaldada por modelos matemáticos [11] y genética cuantitativa y molecular [2,27], no explica qué procesos fisiológicos resultan realmente en la senescencia del organismo. Conectar las explicaciones evolutivas y mecanicistas del envejecimiento es importante porque (i) este conocimiento genera una comprensión general del proceso de envejecimiento, (ii) saber qué procesos fisiológicos contribuyen a la senescencia del organismo podría proporcionar pruebas poderosas de la teoría fundamental del envejecimiento. Quizás el relato fisiológico / mecanicista más logrado hasta la fecha es la teoría del envejecimiento del "soma desechable" (DST) [7,16,31]. Si bien este modelo se desarrolló como una teoría evolutiva independiente del envejecimiento, y a veces se presenta como tal en la literatura junto con MA y AP, estamos de acuerdo con muchos investigadores en los campos de la biología evolutiva, la ecología y la biogerontología en que la DST representa una explicación fisiológica de AP.

La premisa de la DST es que la mayoría de los organismos se desarrollan en entornos en los que los recursos son limitados al menos durante una parte de sus vidas. Debido a que el crecimiento, la reproducción y el mantenimiento somático requieren energía, es razonable esperar que se asignen recursos limitados entre estos diferentes rasgos para maximizar la aptitud. Estas son las compensaciones energéticas que subyacen a la DST y, en términos más generales, a la propia teoría de la historia de vida [32]. El daño celular ocurre constantemente y puede resultar del daño directo al genoma y de la acumulación de compuestos proteicos insolubles que interfieren con la función celular. Si bien los organismos poseen muchos mecanismos de mantenimiento y reparación que se pueden implementar para la reparación del genoma, así como para volver a plegar o eliminar las proteínas mal plegadas, en última instancia, puede ser beneficioso invertir en dicho mantenimiento y reparación solo para maximizar la función del organismo durante el período esperado. de vida, que estará determinada por el riesgo de mortalidad ambiental [31]. No hay ningún beneficio de invertir en alta fidelidad y mantenimiento y reparación a largo plazo para producir un organismo que muestra una senescencia insignificante, pero que es muy probable que sea rápidamente depredado o eliminado por patógenos.

(a) El aumento de la reproducción acelera el envejecimiento y viceversa

Existe una gran cantidad de evidencia que respalda la existencia de compensaciones genéticas entre la aptitud para la vida temprana y la avanzada. Estudios clásicos de evolución experimental en Drosophila revelaron correlaciones genéticas negativas entre la vida temprana y la tardía para la aptitud mediante la selección de moscas para la reproducción temprana o tardía [15,33,34]. Estudios de seguimiento en Drosophila y otros invertebrados [25,35,36] que utilizaron regímenes de selección que controlaban factores potencialmente confusos como la densidad larvaria también confirmaron que el aumento de la reproducción y la supervivencia tardía se correlacionó negativamente con la reproducción temprana. Estos estudios se citan a menudo en apoyo directo de la DST [37]. Sin embargo, aunque proporcionan evidencia de una correlación genética que es consistente con AP, no identifican si los mecanismos subyacentes son los predichos por la DST.

Un apoyo más directo para el DST proviene del creciente número de informes de compensaciones entre la inversión en el desempeño en la vida temprana y el desempeño en la vejez en poblaciones naturales [38-41]. Estos estudios sobre el 'envejecimiento en la naturaleza' han contribuido con tres avances importantes: primero, para ayudar a disipar el mito de que el envejecimiento en la naturaleza es raro, segundo, para proporcionar evidencia de que las compensaciones entre la vida temprana y tardía dan forma a las historias de vida individuales en las poblaciones naturales y tercero, para mostrar que el envejecimiento en la naturaleza es plástico y depende en gran medida del entorno de la vida temprana.

La evidencia adicional de DST proviene de los estudios experimentales de poblaciones naturales. Experimentos de campo con papamoscas de collar (Ficedula albicollis) en la isla sueca de Gotland han demostrado que las aves que criaron una nidada experimentalmente ampliada de polluelos pusieron nidadas más pequeñas más adelante en la vida que las aves de control [42,43]. Estudios posteriores en otras aves han demostrado que el aumento artificial del tamaño de la cría también puede afectar negativamente la supervivencia [44-46]. De manera similar, los tamaños de camada aumentados artificialmente se asocian con una menor supervivencia en los ratones de campo (Clethrionomys glareolus) [47]. Curiosamente, en varios estudios sobre mamíferos, los aumentos experimentales del tamaño de la camada no dieron como resultado una reducción de la supervivencia o reproducción de los padres, sino que redujeron el tamaño o la supervivencia de la descendencia [48-50]. Estos resultados sugieren que existen costos significativos de reproducción y que los animales pueden distribuir de manera diferente su inversión entre la supervivencia de los padres, el número de crías y la calidad de las crías. Estos estudios experimentales se acercan más a relacionar el aumento de la reproducción con el envejecimiento acelerado, pero aún no identifican los mecanismos subyacentes involucrados.

Por lo tanto, aunque numerosos estudios proporcionan evidencia de posibles compensaciones de energía en entornos naturales, los pasos adicionales importantes son: (i) demostrar la reasignación de energía (por ejemplo, [51]), (ii) identificar los mecanismos que contribuyen a estas compensaciones con el fin de evaluar la importancia relativa de la DST en la evolución y expresión del envejecimiento.

4. Las compensaciones entre reproducción y supervivencia pueden desacoplarse

A pesar del apoyo taxonómico cruzado a la idea de que la asignación competitiva de energía entre crecimiento, supervivencia y reproducción puede contribuir a la senescencia, las últimas dos décadas han visto un aumento en una serie de estudios que desafían la centralidad de las compensaciones energéticas en el envejecimiento (revisado en [15,52–56]). Por ejemplo, la reproducción aumenta el metabolismo, lo que conduce a una mayor generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) que pueden contribuir al daño celular y la senescencia. Sin embargo, los estudios en moscas de la fruta sugieren que la reducción experimental directa en la producción de ROS a través de proteínas desacopladoras mitocondriales (UCP) extiende la vida útil sin una disminución concomitante de la fecundidad o la actividad física [57]. De manera similar, la regulación a la baja experimental de la vía de señalización del objetivo de rapamicina (TOR) sensible a nutrientes en Drosophila melanogaster extiende la vida útil tanto en moscas estériles (a través de rapamicina, [58]) como en moscas fértiles sin efectos negativos sobre la reproducción (a través de torin, [59]).

Algunas de las pruebas empíricas más sólidas en contra de que las compensaciones en la asignación de energía sean la causa universal del envejecimiento proviene de estudios experimentales que han desacoplado directamente el aumento de la longevidad de la reducción de la fecundidad. Por ejemplo, la regulación a la baja de la vía de señalización de insulina / IGF-1 (IIS) conservada evolutivamente que da forma al desarrollo, el crecimiento, la reproducción y la longevidad aumenta la esperanza de vida, pero también puede conducir a un desarrollo detenido y / o una reproducción reducida en las primeras etapas de la vida. Sin embargo, un estudio clásico de Dillin et al. [60] mostró que los efectos negativos de la reducción de IIS sobre la reproducción y los efectos positivos sobre la longevidad pueden desacoplarse dependiendo de cuándo durante el curso de vida del organismo ocurren los cambios en IIS. Regulación a la baja en la vida temprana de la señalización IIS por la eliminación de la interferencia de ARN de daf-2 expresión genética en Caenorhabditis elegans comenzando en la etapa de huevo o en el desarrollo larvario temprano extendió la vida útil, pero resultó en una fecundidad reducida de la vida temprana. Sin embargo, permitir que los nematodos se desarrollen normalmente y alcancen la madurez sexual antes de la regulación a la baja de IIS eliminó por completo los efectos negativos de esta manipulación en el desarrollo y la reproducción, pero prolongó la vida útil en la misma medida. Este estudio demostró definitivamente que mientras daf-2 La expresión subyace a la correlación genética negativa entre la reproducción y la supervivencia, esta correlación puede desacoplarse mediante una optimización precisa de la función genética específica por edad. Esencialmente, los niveles de tipo salvaje de daf-2 La expresión contribuye a la senescencia y acorta la vida del gusano no debido a la acumulación de daño molecular no reparado a partir de la vida temprana en adelante, sino debido al daño creado directamente durante la edad adulta. Por lo tanto, optimizar la expresión génica en la edad adulta redujo el daño y aumentó la vida útil, sin consecuencias negativas para otros rasgos de la historia de la vida.

Estos hallazgos plantean la pregunta de qué tipo de daño podría crearse por una expresión génica subóptima que conduzca a una función subóptima del IIS en la edad adulta. Existe buena evidencia de que los agregados de proteínas mal plegadas que se acumulan en las células con la edad contribuyen a la senescencia celular, y varios estudios han relacionado la síntesis de proteínas reducida con una mayor longevidad [61-65]. La señalización IIS promueve la síntesis de proteínas [66,67] y, en consecuencia, una vida excepcionalmente prolongada daf-2 C. elegans los mutantes cuya señalización IIS se reduce presentan una marcada reducción en la traducción [68]. Esto sugiere que la síntesis de proteínas superfluas en la edad adulta contribuye a la senescencia celular y la muerte del organismo. Sin embargo, la síntesis de proteínas no es el único proceso anabólico controlado por la señalización IIS, y un trabajo reciente en C. elegans también ha relacionado la producción superflua de yema en la vejez con la senescencia [69].

Hay dos objeciones a la idea de que manipular la expresión génica específica de la edad puede posponer el envejecimiento y aumentar la esperanza de vida sin costos aparentes de aptitud física. En primer lugar, es posible que los gusanos con señalización IIS reducida en la edad adulta tengan un rendimiento inferior en diferentes entornos. En contra de esto, se sabe que los mutantes IIS son resistentes a una amplia gama de estresores ambientales y exhiben una mayor tolerancia al calor, el frío, ciertos patógenos, al estrés oxidativo causado por la luz visible y la radiación. Estos estudios sugieren que la regulación a la baja de la señalización IIS en la edad adulta podría mejorar la aptitud de C. elegans nematodos en una variedad de entornos ecológicamente relevantes, aunque se necesita más investigación para probar completamente esta afirmación. La segunda objeción es el potencial de efectos perjudiciales intergeneracionales de la fisiología ajustada experimentalmente. La mayoría de los estudios se centran en la compensación entre la longevidad y el número de descendientes, pero una mayor inversión en el soma de los padres podría tener un costo en la calidad de la descendencia. Hay al menos dos rutas diferentes a través de las cuales se puede realizar el supuesto compromiso entre la longevidad de los padres y la calidad de la descendencia [55]. Primero, el aumento de la reproducción puede resultar en una reducción de la inversión de los padres en términos de cantidad y / o calidad de los recursos proporcionados por los padres a la descendencia. En segundo lugar, el aumento de la inversión en el soma de los padres puede compensarse con la inversión en el mantenimiento y la reparación de la línea germinal, lo que da como resultado un mayor número de mutaciones de novo en la línea germinal en la descendencia. Sin embargo, un trabajo reciente ha demostrado que la descendencia de los padres tratados con daf-2 El ARNi durante la edad adulta tuvo una reproducción más alta, una vida útil similar y una aptitud darwiniana más alta que sus contrapartes de control [70]. Tomados en conjunto, estos estudios sugieren que la señalización de IIS de tipo salvaje en nematodos optimiza el desarrollo a costa de una supervivencia reducida en la edad adulta y una menor aptitud de la descendencia, lo que hace que el tipo salvaje daf-2 un alelo AP cuyo costo en la vejez no resulta directamente de las compensaciones energéticas.

5. Compensación de funciones: de Williams a la teoría del desarrollo del envejecimiento

(a) Orígenes de la teoría

Si bien la acumulación de daño resultante de las compensaciones de energía entre la reproducción y el mantenimiento generalmente se considera la principal explicación fisiológica / mecanicista de la evolución y expresión del envejecimiento a través de la AP, es interesante que el propio Williams utilizó un ejemplo muy diferente para ilustrar la acción de un alelo AP putativo [10]. Imaginó un alelo con un efecto beneficioso sobre la calcificación ósea en el organismo en desarrollo, pero que causa la calcificación de las arterias en la edad adulta. Dicho alelo podría tener un efecto positivo general sobre la aptitud física y establecerse en la población. Este es un ejemplo de una compensación funcional, donde el mismo proceso fisiológico es beneficioso para la aptitud en la vida temprana (por ejemplo, durante el desarrollo), pero perjudicial para la aptitud en la edad avanzada (por ejemplo, la maduración posterior a la sexualidad). Williams sugirió que la selección podría conducir a la evolución de un gen modificador para suprimir la calcificación excesiva de las arterias con la edad, pero señaló que es poco probable que dicha supresión sea completamente eficaz dada la selección débil en la vejez [10].

(b) La teoría del desarrollo del envejecimiento

Las ideas de Williams se han desarrollado más en las últimas décadas siguiendo la lógica anterior, al vincular explícitamente el desarrollo de un organismo a su senescencia con el avance de la edad [5,8,71-74]. En su sentido más amplio, la teoría del desarrollo del envejecimiento (DTA) sostiene que el envejecimiento y la longevidad están moldeados por los procesos fisiológicos que están optimizados para el desarrollo, el crecimiento y la reproducción en las primeras etapas de la vida y no están lo suficientemente optimizados para la función en la vejez [8, 71]. Es importante destacar que existe una clara distinción entre el paradigma clásico de acumulación de daños según lo previsto por el DST y el DTA. Las hipótesis de acumulación de daños, incluida la DST, predicen que una mayor inversión en mantenimiento somático reducirá el daño celular y aumentará la longevidad a costa de una reducción del crecimiento y la reproducción. Debido a que se predice que los organismos optimizarán la asignación de energía entre los rasgos del ciclo de vida para maximizar la aptitud, la reasignación experimental de energía debería resultar en costos de aptitud. Contrariamente a esto, el DTA predice que es posible optimizar la expresión génica específica de la edad para aumentar la longevidad sin incurrir en costos para el crecimiento y la reproducción, porque la longevidad se ve limitada por una fisiología subóptima en la edad adulta en lugar de por la falta de recursos para el mantenimiento somático. Por lo tanto, el DTA ofrece una explicación de los resultados de daf-2 estudios en C. elegans, que ejemplifican cómo la modificación de la expresión génica puede tener consecuencias negativas para la aptitud cuando se aplica durante el desarrollo, pero positivas cuando se aplica durante la edad adulta [60,70]. De acuerdo con esto, una pantalla de ARNi de 2700 genes involucrados en C. elegans desarrollo identificó 64 genes diferentes que son perjudiciales cuando se desactivan durante el desarrollo, pero que prolongan la longevidad cuando se desactivan en la edad adulta [75,76]. Será fundamental para nuestra comprensión del envejecimiento estudiar las consecuencias de la aptitud física de la optimización específica de la edad de la expresión génica en una amplia gama de procesos fisiológicos. La disminución de los gradientes de selección con la edad hace que sea lógico que el envejecimiento evolucione como un efecto combinado de muchos alelos con efectos beneficiosos en las primeras etapas de la vida y efectos perjudiciales en la vejez, precisamente porque la selección débil lucha por optimizar completamente la expresión génica en la vejez.

(c) Biosíntesis excesiva como causa próxima del envejecimiento

Recientemente, el concepto de que el envejecimiento resulta como consecuencia de una función genética subóptima en la edad adulta se ha vinculado mecánicamente con la idea de que la señalización superflua de detección de nutrientes durante la edad adulta puede conducir a una biosíntesis excesiva que da como resultado hipertrofia celular, senescencia celular y senescencia del organismo. La idea de "hiperfunción" proporciona una hipótesis del modo de acción mecanicista directo para explicar cómo la continuación de un programa de desarrollo puede causar daños en la vejez y contribuir al envejecimiento [5,72,74,77]. Al hacerlo, esta hipótesis ha hecho avanzar el campo al estimular nuevos estudios destinados específicamente a identificar las consecuencias negativas de la biosíntesis superflua con el avance de la edad. Tiene el apoyo de in vitro estudios de cultivos celulares que sugieren que, cuando se detiene la proliferación celular, altos niveles de señalización de crecimiento pueden desencadenar la transición de las células de un estado inactivo a un estado senescente, mientras que la señalización de crecimiento reducida reduce la hipertrofia celular y la senescencia [77,78]. Se predice que la hiperfunción celular resultará en senescencia y muerte del organismo, y demostrar este vínculo es vital para las pruebas futuras de la hipótesis de la "hiperfunción". Más recientemente, Ezcurra et al. [69] mostró que la señalización IIS en nematodos promueve la conversión de la biomasa intestinal en yema. Si bien este proceso contribuye a la reproducción y es beneficioso en las primeras etapas de la vida, es perjudicial para la supervivencia de los nematodos envejecidos que no se reproducen. Por lo tanto, un factor importante que causa la muerte en los gusanos viejos no es una acumulación de daño no reparado, sino lo contrario: la conversión activa pero costosa de la biomasa intestinal en yema no utilizada en las células, lo que resulta en atrofia intestinal y obesidad senescente en los gusanos viejos.

(d) Compensaciones específicas por edad en función óptima

La hipótesis de la "hiperfunción" está firmemente arraigada en la lógica de las compensaciones específicas de la edad en la función genética defendida por Williams [10] y desarrollada por Hamilton [11].Esta hipótesis proporciona una explicación fisiológica clara y detallada de cómo la biosíntesis excesiva en la vejez puede contribuir a la senescencia celular y del organismo al vincular la teoría genética cuantitativa AP con la teoría DTA próxima a través de señales moleculares sensibles a los nutrientes dentro de las células. No obstante, creemos que este concepto puede y debe ampliarse aún más para abarcar todos posibles formas en las que la expresión génica subóptima que conduce a una fisiología subóptima en la vejez puede contribuir a la evolución y expresión del envejecimiento. Por ejemplo, la biosíntesis excesiva puede resultar un mecanismo fisiológico importante de la senescencia, pero no hay razón para esperar que opere en todos los taxones. Así como la hiperfunción de la señalización sensible a los nutrientes parece desempeñar un papel importante en la desaparición de los nematodos relacionada con la edad, otros procesos fisiológicos, algunos de funcionamiento "demasiado alto" y algunos de funcionamiento "demasiado bajo", pueden contribuir al envejecimiento [8,71]. . Además, en algunos casos, el programa de desarrollo puede regular a la baja activamente ciertos procesos fisiológicos que serían beneficiosos en la vejez. Por ejemplo, la resistencia al choque térmico está activamente regulada a la baja en C. elegans nematodos sobre la maduración sexual, lo que resulta en la acumulación de compuestos proteicos insolubles en las células que conducen a la proteostasis alterada y, en última instancia, a la senescencia [79]. Esta "hipofunción" de las chaperonas moleculares ha llevado a los investigadores a sugerir que la maduración sexual marca el inicio del envejecimiento en C. elegans, muy en línea con las predicciones de Hamilton [11]. Comprender qué procesos fisiológicos que dan forma a la senescencia son más frecuentes en diferentes grupos taxonómicos y por qué, debería ser el foco de la investigación sobre la biología del envejecimiento.

6. Los costos ocultos de la longevidad

El estudio de la ecología evolutiva del envejecimiento ha sido impulsado por la búsqueda de compensaciones energéticas entre los rasgos de la historia de la vida. Arriba, hemos enfatizado el papel de las compensaciones no basadas en la energía en la evolución del envejecimiento (ver también la figura 2). Sin embargo, si las compensaciones basadas en la energía no son detectables en los ensayos estándar de historia de vida, puede ser provechoso preguntarse dónde los costos clásicos de la longevidad basados ​​en la energía a veces pueden estar ocultos y quizás pasados ​​por alto. En primer lugar, quizás la razón más obvia de la falta de costos de aptitud física de la extensión de la vida útil es que la aptitud a menudo se puede evaluar en uno o dos entornos estructuralmente simples. Los estudios de laboratorio que utilizan organismos pequeños que se reproducen rápidamente proporcionan un terreno fértil para la evaluación de las consecuencias de la aptitud de las extensiones de vida genéticas, ambientales o farmacológicas en una amplia gama de entornos complejos y ecológicamente relevantes. Hay un poder sin explotar en estos sistemas para ejecutar experimentos controlados en los que los animales se encuentran con fluctuaciones naturales de luz, temperatura, humedad, disponibilidad de alimento y pareja, presencia de patógenos y depredadores a lo largo de su ciclo de vida, así como a través de generaciones. Si bien estos experimentos pueden ser desafiantes y costosos, ciertamente son factibles. Estudios recientes en campos relacionados sugirieron que agregar complejidad a la evolución del laboratorio puede proporcionar importantes conocimientos novedosos sobre los procesos evolutivos [80-82]. En segundo lugar, los efectos de la extensión de la vida útil en la aptitud física se evalúan a menudo en una generación, y rara vez en dos. Las medidas de la calidad de la descendencia, o quizás la de los nietos, pueden representar un componente de aptitud importante que falta. La descendencia de padres cuyo desempeño somático ha sido mejorado artificialmente podría experimentar una cantidad y / o calidad reducidas de recursos para el desarrollo, un cuidado parental reducido o una mayor tasa de mutación de la línea germinal. Estos intercambios intergeneracionales entre la longevidad de los padres y la aptitud de la descendencia se han demostrado recientemente, pero se necesita mucho más trabajo para establecer si tales efectos son comunes.

Figura 2. La AP es una teoría genética poblacional del envejecimiento que postula que el envejecimiento evoluciona a través de alelos que tienen efectos positivos en la aptitud al principio de la vida y efectos negativos en la aptitud al final de la vida [10]. Debido a que la fuerza de la selección por edad se maximiza temprano en la vida [11-13], tales alelos pueden ser beneficiosos y serán seleccionados. Hay dos mecanismos fisiológicos próximos que explican la PA: las compensaciones de energía y función entre el desarrollo, el crecimiento, la reproducción y la supervivencia. El DST [7,16,31] se centra en las compensaciones energéticas entre el crecimiento, la reproducción y la supervivencia, mientras que el DTA [8,71] se centra en la expresión génica optimizada para el desarrollo y la función de la vida temprana. Se desconoce la importancia relativa de estos dos procesos en la evolución del envejecimiento, ya que la mayoría de los estudios que evalúan la aptitud específica por edad no identifican los mecanismos fisiológicos. (Versión online en color).

7. Visión integrada del envejecimiento: razones últimas y próximas

Una visión integrada, que reúna los conceptos aproximados y últimos discutidos anteriormente y que se construya a partir de los nuevos conocimientos que se acumulan rápidamente, probablemente revolucionará el estudio del envejecimiento durante las próximas décadas. Abogamos por este enfoque para evaluar completamente la importancia relativa de las diferentes vías de envejecimiento y utilizar estos datos para distinguir entre diferentes hipótesis evolutivas (figura 2). Es probable que las compensaciones tanto de energía como de función contribuyan a la evolución y expresión del envejecimiento en los organismos. Sin embargo, es posible y necesario establecer su importancia relativa en la evolución del envejecimiento entre taxones y en la configuración de las diferencias individuales en el deterioro fisiológico relacionado con la edad. Comprender y cuantificar la contribución de diferentes tipos de compensaciones no solo ayudará a responder por qué la mayoría de los organismos envejecen a medida que envejecen, sino que también guiará los esfuerzos en el campo de la biogerontología aplicada.

Los estudios del envejecimiento en organismos modelo de laboratorio, como levaduras, nematodos, moscas de la fruta y ratones, han proporcionado una gran cantidad de detalles mecánicos que sustentan los rasgos relacionados con el envejecimiento, como la esperanza de vida, la fecundidad y la locomoción. Sin embargo, tienen muchas menos consecuencias estimadas sobre la aptitud de las manipulaciones experimentales. Se requieren más estudios que relacionen explícitamente la función genética con la aptitud específica de la edad para comprender si los animales viejos generalmente mueren por daños no reparados que acumularon lentamente a lo largo de sus vidas o por daños recién adquiridos como resultado de un programa de desarrollo deshonesto.

Los estudios sobre el envejecimiento de las poblaciones silvestres a menudo se han centrado en las correlaciones entre las medidas de esfuerzo reproductivo y supervivencia, sin explorar la fisiología subyacente. Por ejemplo, un alto rendimiento reproductivo en las primeras etapas de la vida a menudo se asocia con una senescencia acelerada en la naturaleza, pero hasta el momento ningún estudio ha relacionado de manera causal el aumento de la reproducción con la acumulación de daños y la senescencia. Sin embargo, hay margen para el trabajo experimental con especies de vertebrados en entornos naturales y seminaturales. Por ejemplo, los compuestos que imitan la restricción dietética que regulan negativamente la señalización de detección de nutrientes y prolongan la vida útil en estudios de laboratorio, como la rapamicina, se pueden administrar a diferentes edades a través de los alimentos y los efectos sobre la aptitud darwiniana se pueden evaluar en consecuencia.

8. Conclusión

Las compensaciones subyacen a la evolución del envejecimiento. Las dos teorías próximas se centran en la reparación imperfecta debido a la asignación competitiva de energía (DST) o en la función imperfecta debido a la expresión génica subóptima después de la maduración sexual (DTA). Si bien ambos se basan en el principio de AP, hacen predicciones distintas con respecto a la relación entre crecimiento, reproducción y supervivencia. Necesitamos entender cómo funcionan las compensaciones para distinguir si se basan principalmente en la energía o en las funciones. Distinguir entre estos mecanismos puede tener profundas consecuencias prácticas. Por ejemplo, si DTA representara el paradigma dominante, podría aumentar significativamente nuestras posibilidades de aumentar la esperanza de vida saludable mediante la optimización de la fisiología de la vejez.

Si bien muchos estudios afirman desacoplar la reproducción reducida de una mayor supervivencia, necesitamos estudios intergeneracionales que evalúen la aptitud darwiniana en entornos realísticamente complejos y ecológicamente relevantes porque la selección puede favorecer diferentes rasgos en diferentes contextos. Es poco probable que el envejecimiento en un taxón sea impulsado completamente por compensaciones de energía o funciones, sobre todo porque algunas compensaciones pueden involucrar a ambas. Sin embargo, su importancia relativa en la evolución del envejecimiento entre diferentes taxones ciertamente podría diferir. Por ejemplo, envejecer en C. elegans podría ser impulsado principalmente por una expresión genética subóptima en la edad adulta, mientras que el envejecimiento en ratones por la asignación competitiva de energía. En este punto, no tenemos la respuesta final ni siquiera para estos dos organismos modelo ampliamente estudiados, y mucho menos para otros animales. Hasta que sepamos la respuesta en la amplia gama de grupos taxonómicos, el envejecimiento seguirá siendo un problema sin resolver en biología.


Evolución en Medicina

Una serie reciente de artículos en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) analiza el papel de la biología evolutiva en la medicina moderna. Los autores colectivamente hacen un punto contundente & # 8211 la medicina es una ciencia aplicada. Se basa en una serie de ciencias básicas, y una de esas ciencias básicas es la evolución.

El ejemplo más obvio es la resistencia bacteriana a los antibióticos. Los antibióticos ejercen una presión selectiva sobre una población bacteriana, lo que a menudo resulta en la aparición de cepas resistentes. Comprender esta & # 8220 carrera armamentista evolutiva & # 8221 entre bacterias y antibióticos nos permite desarrollar estrategias para minimizar la resistencia.

Pero hay formas menos obvias en las que los principios evolutivos se aplican a las enfermedades infecciosas. Se sabe desde hace mucho tiempo que el rasgo de células falciformes proporciona resistencia a la malaria (las células sanguíneas son menos hospitalarias para el parásito protozoario P. falciparum que es una de las causas de la malaria). Esto explica la persistencia de la anemia de células falciformes en poblaciones donde la malaria es endémica.

Los principios evolutivos también pueden mejorar nuestra estrategia de vacunación. Las vacunas son otra forma de crear presiones selectivas sobre los organismos infecciosos. Sin darnos cuenta, podemos apuntar vacunas contra proteínas que seleccionan cepas menos virulentas, seleccionando las cepas más virulentas o infecciosas. La comprensión de esto nos permite, en cambio, apuntar a las vacunas contra la virulencia sin apuntar a cepas menos mortales.

Un ejemplo dado es el siguiente:

La vacuna del toxoide diftérico selecciona contra la producción de toxinas, que es lo que causa la enfermedad, en lugar de otras características de Corynebacterium. Por lo tanto, todavía se producen infecciones por difteria y aislamientos clínicos, pero las cepas existentes carecen de producción de toxinas.

Los autores también proporcionan ejemplos de cómo los principios evolutivos pueden dirigir la investigación futura. Hacen referencia a una nueva investigación que analiza el papel de los parásitos intestinales y las enfermedades autoinmunes. La investigación se basa en la premisa de que los humanos coevolucionaron no solo con nuestra flora intestinal, sino con ciertos parásitos, como las lombrices intestinales. Ahora vivimos en un entorno en gran medida higiénico e incluso hemos tomado medidas para eliminar los parásitos. Esto puede haber privado involuntariamente a nuestro sistema inmunológico de la estimulación necesaria, lo que resultó en una mala regulación inmunológica y el consiguiente aumento de enfermedades autoinmunes como el asma y la esclerosis múltiple.

Los autores también señalan que la incidencia de intolerancia a la lactosa se correlaciona inversamente con la duración de la producción lechera en varias poblaciones. Las poblaciones que han consumido productos lácteos durante miles de años han desarrollado la capacidad de producir lactasa incluso en la edad adulta, mientras que las poblaciones sin producción lechera no lo han hecho.

El conocimiento de los patrones cladísticos y de descendencia común (relaciones evolutivas) también permite que los medicamentos se dirijan a genes y productos génicos que están presentes en ciertas plagas y parásitos, pero no en los cultivos o animales que infectan.

Hay más ejemplos, y colectivamente brindan un caso convincente de que los principios evolutivos son importantes para comprender las poblaciones, la genética, las enfermedades infecciosas, la dieta y otros problemas de salud pública en el diagnóstico, el tratamiento y la investigación. Por lo tanto, argumentan los autores, la evolución es un tema importante que los profesionales médicos deben comprender, y estoy completamente de acuerdo.

En el comunicado de prensa de este número especial de PNAS, informan:

Sus ideas pueden estar ganando terreno. El verano pasado, la Asociación Estadounidense de Facultades de Medicina (AAMC) y el Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) publicaron un informe conjunto, titulado Fundamentos científicos para futuros médicos. El informe pide cambios ambiciosos en el contenido de ciencias en el plan de estudios de pre-medicina y en la Prueba de Admisión a la Facultad de Medicina (MCAT), incluido un mayor énfasis en la evolución. & # 8220 Por primera vez, la AAMC y el HHMI recomiendan que la evolución sea una de las ciencias básicas que los estudiantes aprenden antes de ingresar a la facultad de medicina & # 8221 Nesse.

(Randolph Nesse es autor del artículo final de la serie).

Aumentar los estándares de ciencias básicas para los estudiantes de medicina solo puede ayudar a los objetivos de la medicina basada en la ciencia, y me alegra ver que la biología evolutiva está siendo reconocida como la ciencia básica fundamental que es.

Este reconocimiento tampoco es nuevo. Ya existe una revista de evolución en medicina, disponible en línea como Evolution and Medicine Review. Algunos de los autores actuales de PNAS también han escrito sobre el tema anteriormente, incluido este editorial de 2006 en Science titulado Medicine Needs Evolution.

La serie PNAS es un indicador de que sus opiniones se toman en serio.


Sífilis - Hoja informativa de los CDC

Las hojas de datos básicos se presentan en un lenguaje sencillo para personas con preguntas generales sobre enfermedades de transmisión sexual.

¿Qué es la sífilis?

La sífilis es una infección de transmisión sexual que puede causar graves problemas de salud si no se trata. La sífilis se divide en etapas (primaria, secundaria, latente y terciaria). Existen diferentes signos y síntomas asociados con cada etapa.

¿Cómo se transmite la sífilis?

Puede contraer sífilis por contacto directo con una llaga de sífilis durante el sexo vaginal, anal u oral. Puede encontrar llagas en o alrededor del pene, la vagina o el ano, o en el recto, en los labios o en la boca. La sífilis puede transmitirse de una madre infectada al feto.

Ejemplo de una úlcera de sífilis primaria.

¿Qué aspecto tiene la sífilis?

La sífilis se divide en etapas (primaria, secundaria, latente y terciaria), con diferentes signos y síntomas asociados a cada etapa. Una persona con sífilis primaria generalmente tiene una llaga o llagas en el sitio original de la infección. Estas llagas generalmente ocurren en o alrededor de los genitales, alrededor del ano o en el recto, o dentro o alrededor de la boca. Estas llagas suelen ser (pero no siempre) firmes, redondas e indoloras. Síntomas de sífilis secundaria incluyen erupción cutánea, inflamación de los ganglios linfáticos y fiebre. Los signos y síntomas de la sífilis primaria y secundaria pueden ser leves y es posible que no se noten. Durante el etapa latente, no hay signos ni síntomas. Sífilis terciaria está asociado con problemas médicos graves. Un médico generalmente puede diagnosticar la sífilis terciaria con la ayuda de múltiples pruebas. Puede afectar el corazón, el cerebro y otros órganos del cuerpo.

¿Cómo puedo reducir mi riesgo de contraer sífilis?

La única forma de evitar las ETS es no tener sexo vaginal, anal u oral.

Si es sexualmente activo, puede hacer lo siguiente para reducir sus probabilidades de contraer sífilis:

  • Estar en una relación mutuamente monógama a largo plazo con una pareja que se ha hecho la prueba de sífilis y no tiene sífilis.
  • Usar condones de látex de la manera correcta cada vez que tenga relaciones sexuales. Los condones previenen la transmisión de la sífilis al evitar el contacto con una llaga. A veces, las llagas ocurren en áreas no cubiertas por un condón. El contacto con estas llagas aún puede transmitir la sífilis.

¿Estoy en riesgo de contraer sífilis?

Cualquier persona sexualmente activa puede contraer sífilis a través del sexo vaginal, anal u oral sin protección. Tenga una conversación honesta y abierta con su proveedor de atención médica y pregúntele si debe hacerse la prueba de sífilis u otras ETS.

  • Todas las mujeres embarazadas deben hacerse la prueba de sífilis en su primera visita prenatal.
  • Debe hacerse la prueba de sífilis con regularidad si es sexualmente activo. y
    • es un hombre que tiene sexo con hombres
    • está viviendo con el VIH o
    • tiene pareja (s) que dieron positivo en la prueba de sífilis.

    Estoy embarazada. ¿Cómo afecta la sífilis a mi bebé?

    Si está embarazada y tiene sífilis, puede contagiar la infección a su feto. Tener sífilis puede provocar un bebé de bajo peso al nacer. También puede hacer que sea más probable que dé a luz a su bebé demasiado pronto o que nazca muerto (un bebé que nazca muerto). Para proteger a tu bebé debe hacerse la prueba de sífilis al menos una vez durante el embarazo. Reciba tratamiento inmediato si da positivo.

    Un bebé infectado puede nacer sin signos o síntomas de enfermedad. Sin embargo, si no se trata de inmediato, el bebé puede desarrollar problemas graves en unas pocas semanas. Los bebés que no reciben tratamiento pueden tener problemas de salud como cataratas, sordera o convulsiones y pueden morir.

    Erupción secundaria por sífilis en las palmas de las manos.

    ¿Cuáles son los signos y síntomas de la sífilis?

    Los síntomas de la sífilis en adultos varían según la etapa:

    Etapa primaria

    Durante la primera etapa (primaria) de la sífilis, es posible que note una sola llaga o varias llagas. La llaga es el lugar por donde la sífilis ingresó a su cuerpo. Las llagas suelen ser (pero no siempre) firmes, redondas e indoloras. Debido a que la llaga es indolora, puede pasar desapercibida fácilmente. La llaga suele durar de 3 a 6 semanas y se cura independientemente de si recibe tratamiento o no. Incluso después de que la llaga desaparezca, debe recibir tratamiento. Esto evitará que la infección pase a la etapa secundaria.

    Etapa secundaria

    Durante la etapa secundaria, es posible que tenga erupciones cutáneas y / o lesiones en las membranas mucosas. Las lesiones de las membranas mucosas son llagas en la boca, la vagina o el ano. Esta etapa generalmente comienza con una erupción en una o más áreas de su cuerpo. La erupción puede aparecer cuando su llaga primaria está sanando o varias semanas después de que la llaga haya sanado. La erupción puede verse como manchas ásperas, rojas o marrón rojizas en las palmas de las manos y / o la planta de los pies. El sarpullido generalmente gana y rsquot pica y es a veces tan leve que usted no lo notará. Otros síntomas que puede tener pueden incluir fiebre, inflamación de los ganglios linfáticos, dolor de garganta, pérdida de cabello en parches, dolores de cabeza, pérdida de peso, dolores musculares y fatiga (sentirse muy cansado). Los síntomas de esta etapa desaparecerán tanto si recibe tratamiento como si no. Sin el tratamiento adecuado, su infección pasará a las etapas latente y posiblemente terciaria de la sífilis.

    Erupción secundaria por sífilis en el torso.

    Etapa latente

    La etapa latente de la sífilis es un período de tiempo en el que no hay signos o síntomas visibles de sífilis. Si no recibe tratamiento, puede seguir teniendo sífilis en su cuerpo durante años sin ningún signo o síntoma.

    Etapa terciaria

    La mayoría de las personas con sífilis no tratada no desarrollan sífilis terciaria. Sin embargo, cuando sucede, puede afectar a muchos sistemas de órganos diferentes.Estos incluyen el corazón y los vasos sanguíneos, y el cerebro y el sistema nervioso. La sífilis terciaria es muy grave y ocurriría 10 y 30 años después de que comenzara la infección. En la sífilis terciaria, la enfermedad daña los órganos internos y puede provocar la muerte.

    Neurosífilis y sífilis ocular

    Sin tratamiento, la sífilis puede extenderse al cerebro y al sistema nervioso (neurosífilis) o al ojo (sífilis ocular). Esto puede suceder durante cualquiera de las etapas descritas anteriormente.

    Los síntomas de la neurosífilis incluyen

    • dolor de cabeza intenso
    • dificultad para coordinar los movimientos musculares
    • parálisis (incapacidad de mover ciertas partes de su cuerpo)
    • entumecimiento y
    • demencia (trastorno mental).

    Los síntomas de la sífilis ocular incluyen cambios en su visión e incluso ceguera.

    Micrografía de campo oscuro de Treponema pallidum.

    ¿Cómo sabremos yo o mi médico si tengo sífilis?

    La mayoría de las veces, se usa un análisis de sangre para detectar la sífilis. Algunos proveedores de atención médica diagnosticarán la sífilis analizando el líquido de una úlcera causada por sífilis.

    ¿Se puede curar la sífilis?

    Sí, la sífilis se puede curar con los antibióticos adecuados de su proveedor de atención médica. Sin embargo, es posible que el tratamiento no deshaga ningún daño que ya haya causado la infección.

    Me han tratado. ¿Puedo volver a contraer sífilis?

    Tener sífilis una vez no lo protege de contraerla nuevamente. Incluso después de haber recibido un tratamiento satisfactorio, es posible que se vuelva a infectar. Solo las pruebas de laboratorio pueden confirmar si tiene sífilis. Se recomienda realizar pruebas de seguimiento por parte de su proveedor de atención médica para asegurarse de que su tratamiento haya sido exitoso.

    Puede que no sea obvio que una pareja sexual tenga sífilis. Esto se debe a que las llagas de la sífilis pueden estar ocultas en la vagina, el ano, debajo del prepucio del pene o en la boca. A menos que sepa que su (s) pareja (s) sexual (es) ha sido examinada y tratada, puede correr el riesgo de contraer sífilis nuevamente de una pareja sexual infectada.

    ¿Dónde puedo obtener más información?

    Información de ETS y referencias a clínicas de ETS
    CDC-INFO
    1-800-CDC-INFO (800-232-4636)
    TTY: 1-888-232-6348
    En inglés, en espa & ntildeol