lunes, julio 30, 2007

Deriva genômica

O artigo The new mutation theory of phenotypic evolution (Nei, 2007)", brevemente elogiado em um post passado, merece um pouco mais de atenção. Nei começa afirmando que "Neo-Darwinism asserts that natural selection is the driving force of evolution, and mutation merely provides raw genetic materials with which natural selection produces novel characters." Pelo contrário, ele defende que a variação em si (no caso de Nei, variação = mutação genética) é responsável pela direção da evolução. Também afirma algo pouco usual: "because phenotypic characters are ultimately controlled by DNA sequences, both molecular and phenotypic evolution must occur in similar ways [...] a considerable portion of morphological evolution is caused by neutral or nearly neutral mutations, and the driving force of evolution is mutation at both molecular and phenotypic levels." Apesar do reducionismo genético, a afirmação de Nei é importante, pois aceita que a evolução morfológica pode ser neutra. Ele segue então argumentando a favor da sua interpretação. Em resumo, Nei passa de uma evolução genética (nucleotídica), para um evolução genômica, discutindo a dinâmica dos elementos genômicos e não de mutações nucleotídicas pontuais.

Discute primeiro a evolução de famílias gênicas. "The highly conserved genes stay in the genome not because of a low mutation rate but because of a high degre of purifying selection [...] Despite this conservative nature of amino acid substitution, multigene families may evolve relatively fast because of the rapid change of the number of member genes." Um exemplo interessante é discutido:"One of the most conspicuous is the variation of olfactory receptor (OR) genes among vertebrate species. In this gene family, the number of functional OR genes is 1,000 in mice but 396 in humans. Interestingly, humans have more pseudogenes than mice, the proportion of pseudogenes being 55% in humans and 24% in mice. Dogs, which are supposed to have a good sense of smell, have 811 functional genes and 289 pseudogenes. However, the most notable organism in this respect is the chicken, which has only 82 functional genes but 478 pseudogenes."
Ele propõe que "the number [of genes] has fluctuated by random duplication and deletion of genes. We may call this event random genomic drift, in analogy with random genetic drift of allele frequencies in population genetics. This random genomic drift is apparently an important factor for the evolution of phenotypic characters. If the number of gene copies increases or decreases by chance for a group of individuals, these individuals may be able to adapt to a new environment." Ou seja, novos genes gerados ao acaso e funcionalmente "livres", são utilizados na realização de novas ontogenias.

Depois Nei discute a regulação gênica e sua atividade em rede: "In the past, it has been customary to treat each gene as a unit of evolution in population genetics. In reality, however, a large number of genes interact with one another temporally or spatially in the developmental process, and therefore the evolution of phenotypic characters should be studied by taking into account this gene interaction. If a character is controlled by a large number of interacting genes, it is possible that the
genetic networks involved are robust and resistant to the effects of deleterious mutations. At the same time, the effects of advantageous mutations also may not be manifested significantly in a genetic network with many different developmental pathways. If this is the case, a large proportion of mutations may evolve in a more or less neutral fashion". Ou seja, ele passa a considerar a evolução da estrutura genética, não apenas a evolução de seus componentes.
Nei segue então com uma interessante argumentação, terminando com um comentário sobre a ênfase das pesquisas atuais na importância de mutações em regiões não codificantes para a evolução morfológica (se referindo implicitamente ao "programa forte" da evo-devo, que vê a evolução morfológica como o resultado da seleção em "master genes") Conclui: "These results indicate that most nucleotide substitutions in the regulatory region evolve in a more or less neutral fashion, similar to those in the proteincoding region. It is therefore possible that the evolutionary change of gene regulation is also controlled by major gene mutations."

Ele termina o artigo re-enfatizando o papel negativo da seleção (censurando o inviável) e o papel positivo da mutação: "If the new form of mutation theory described here is right, even in its crudest form, more emphasis should be given on the roles of mutation in the study of evolution."

Existem outras coisas louváveis no artigo (e também outras questionáveis). Quem quiser mais, sugiro que o leia. Eu resumiria a proposta positiva de Nei com o esquema de capacitação que eu vi do Mpodozis e do Vargas (IMAGEM CORRIGIDA):

domingo, julio 29, 2007

Los cambios en el citoplasma de la linea germinal son parte de la herencia. Hechos y fantasias sobre "imprinting".



El gene impirnting es un fenómeno de herencia no mendeliana en que la presencia o ausencia de un rasgo depende del sexo de uno de los padres. Todos los hijos son como el papá, o bien como la mamá (Todos iguales: nada de segregaciones 1:1 ni 1:2:1) . En la figura podemos comprender cómo: los alelos estan activos o inactivos porque se metilan dependiendo de si están en el citoplasma de la línea germinal del espermio, o bien, la del ovocito (podría ser además al revés de la figura, con el alelo materno activo y el paterno inactivo). Esto se expresa en el fenotipo del embrión. En la futura línea germinal los alelos se desmetilan (erasing) y luego se metilan o no dependiendo del sexo del embrión, de su línea germinal .

Yo considero que lo que estamos viendo es la consecuencia de que tenemos, en seres vivos sexuados, dos lineas germinales paralelas, la linea masculina de los espermios y la línea femenina de los ovocitos. Las alteraciones citoplásmaticas que sufran cualqueira de las dos líneas durante el procso de la gametogénesis podrán afecar el fenotipo del embrión. El RESULTADO de esta "segregación de dos citoplasmas" es que esperaremos ver de vez en cuando que algunos caracteres se heredarán en todos (no mendelianamante) directamente a partir del citoplasma de uno de los padres, o el padre o la madre.

Siempre ocurre que un imprinted gene está metilado en un sexo pero no en el otro. Sin embargo, experimentalemnete se puede hacer un embrión en que ambos genes están desmetilados, en el caso de la figura de arriba, como en la madre. Lo que resultó es un embrión que crecía menos de lo normal. Luego hicieron un embrión que tenía los dos genes metilados, como el papá. El embrión era más grande de lo normal. Sin duda, hay evidencia de que el imprinting puede afectar el tamaño corporal: algunas cruzas entre especies, o entre razas de perros, pueden resultar en tamaños corporales insólitamente grandes o pequeños.

Lamentablemente, los darwinistas han intepretado este experimento de la siguiente forma: al padre "le conviene" tener un embrión más grande, que lesaque mas recursos a la madre en el útero. A la madre, en cambio, "le conviene" retener más de sus recursos para poder tener otra oportunidad de reproducirse a futuro. La metilación es la forma en que la madre y el padre compiten por el tamaño del embrión o el tamaño de la placenta, cada uno por los mejores intereses de su fitness. Sería un conflicto estabilizado puesto en evidencia por estos experimentos.
Sí, tal cual, así de tonto. Revistas como PNAS se lo comen con papas fritas y ketchup.

De ahí la importancia de que exista un gen que corresponde a el prefecto inverso de lo que se esperaban, Mash2, que es necesario para el desarrollo de la placenta y que sin embargo tiene un alelo materno activo y un alelo paterno inactivo. Se supondría que los genes activados por la madre tenderían a disminuir el tamaño de la placenta. Yo considero que es bastante patente que hay efectos de las metilaciones, maternas y paternas, sobre el tamaño del embrión y de la placenta, pero su "dirección" no se va a conformar a las expectaciones de la especulación adaptacionista. Predigo, por ejemplo, que se descubrirán genes cuya activación materna conduce al aumento del tamaño corporal. Muy posiblemente ya se conocen casos por medio de cruzas híbridas.

viernes, julio 27, 2007

Convergência atômica

Uma das áreas mais forte em biologia evolutiva é a análise de marcadores de seleção positiva no DNA. A última edição da PNAS traz um exemplo: "Ancient and continuing Darwinian selection on insulin-like growth factor II in placental fishes". É interessante fazer um esforço e ler o artigo, pois ele propõe o oposto da convergência sistêmica que discutimos em anoles. É um bom exemplo de como a biologia evolutiva está sendo praticada dentro de um emaranhado tão grande de pressupostos teóricos e hipótese auxiliares que se torna distante da pergunta inicial: a diversificação dos seres vivos. Kinship theory of genomic imprinting, Red Queen race, parent–offspring conflict theory, etc., para explicar porque em uma família de peixes que plesiomorficamente possui desenvolvimento direto (os ovos possuem bastante gema), repetidas vezes reteve os ovos dentro do corpo e por vezes desenvolveu estruturas análogas à placentas.

Não me darei ao trabalho de propor aqui uma hipótese alternativa. Mas com certeza, existe opções mais parsimoniosas (e óbvias, se a observação não estivesse tão entrelaçada à teoria).
Importante perceber que eles começam o abstract afirmando que "Despite abundant examples of both adaptation at the level of phenotype and Darwinian selection at the level of genes, correlations between these two processes are notoriously difficult to identify", ou seja, estas análises de seleção positiva geralmente não levam em consideração o efeito da variação, apenas a sua probabilidade de ocorrência. A isso reduziremos a biologia evolutiva? À análise estatística da probabilidade de mutação nucleotídicas? O que eu queria explicar mesmo?

Bem, mas nem tudo está perdido. No mesmo volume da PNAS há um artigo chamado The new mutation theory of phenotypic evolution, de Masatoshi Nei. O artigo é um tanto genecêntrico, mas interessante. Ele têm o grande mérito de levar os dados da biologia molecular a sério e discutir a evolução genômica a partir de eventos de duplicação de genes, deleção de genes, etc. - fenômenos muitos mais relevantes do que as mutações pontuais dos marcadores de seleção positiva. E critica as pesquisas "trying to identify even the slightest trace of natural selection using various statistical methods" independentemente se estas variações tem consequências funcionais, mesmo no nível molecular. Além do mais, ele faz coro com a idéia de que a seleção natural é um filtro que censura as mutações não-funcionais e que a variação em si é importante para a direção da evolução. Eu gostei.

martes, julio 24, 2007

Deriva ecológica

A ecologia vive hoje um debate muito semelhante ao debate vivido pela genética de populações nas décadas de 60 e 70, quando Kimura propôs que a evolução nucleotídica seguia um padrão neutro (as variações se fixavam aleatoriamente e não direcionada por seleção positiva). Atualmente a ecologia tem aplicado teorias neutras para explicar a estrutura das comunidades, em oposição às teorias que defendem que as comunidades são estruturadas pela competição por nichos.(Hu, He et al. 2006; Maurer and McGill 2004).

O principal nome do neutralismo ecológico (eu diria o “Motoo Kimura da ecologia”) é Stephen Hubbell e sua teoria unificada neutra da biodiversidade (TUNB) (Hubbell 2001). Hubbell propôe que a coexistência das espécies deve ser explicada por fatores historicamente contingentes, como por exemplo, quais espécies chegaram primeiro à comunidade, quantos espécies os recusrsos de uma determinada área sustentam, etc.



A maior evidência em favor da TUNB são os dados experimentais. Simplesmente, assim como os modelos neutros da genética de populações, os modelos neutros em ecologia funcionam. Ou seja, assim como Kimura mostrou que os modelos null de variação se adequavam a taxa de substituição de peptídeos verificada em proteínas como o citocromo c e a hemoglobina, Hubbell verificou que modelos neutros se adequavam à variação observada, principalmente, em sua ampla pesquisa com biodiversidade de árvores tropicais.

Os modelos formais da TUNB se caracterizam por considerarem irrelevantes as diferenças entre indivíduos de diferentes epécies que ocupam um mesmo nicho (fitness invariance). Hubbell alega que a exclusão competitiva levaria tanto tempo que fenômenos como especiação, dispersão e deriva ecológica a tornaria irrelevante. "Communities are open, nonequilibrium assemblages of species largely thrown together by chance, history, and random dispersal. Species come and go, their presence or absence is dictated by random dispersal and stochastic local extinction" (Hubbell, 2001, p. 8-9).

Por outro lado, Hubbell define as teoria de competição por nicho (TCN) assim: This view holds that communities are groups of interacting species whose presence or absence and even their relative abundance can be deduced from "assembly rules" that are based on the ecological niches or functional roles of each species (e.g., MacArthur 1970, Levin 1970, Diamond 1975, Weiher and Keddy 1999). According to this view, species coexist in interactive equilibrium with the other species in the community. The stability of the community and its resistance to perturbation derive from the adaptive equilibrium of member species, each of which has evolved to be the best competitor in its own ecological niche (Hubbell, 2001). 
A TCN tem sido retrabalhada para responder à algumas críticas modernas. O principal ponto é que a coexistência de espécie em um mesmo nicho é justificada pela existência de trades-offs. Se duas espécies de um mesmo nicho (no sentido amplo de nicho, talvez melhor definido como guilda) coexistem, elas devem manter trades-off. Por exemplo, uma espécie deve ser melhor em se esconder e a outra em fugir, de maneira que exista um balanço entre esta propriedades (Chase and Leibold 2003).

Os dois esqueminhas abaixo representam as duas teorias. A TCN prevêm que as comunidades possuem uma estrutura estável que foi historicamnete moldada por competição. Se um evento disponibiliza recursos, o equilíbrio é restabelecido. Já a TUNB não espera que a estrutura seja estável, mas dinâmica. Cada vez que recursos são disponibilizados, ocorre uma "deriva ecológica" (expressão de Hubbell) e uma nova estrutura é estabelecida.





Creio que para a maioria dos leitores deste blog não é surpreendente que modelos ecológicos que ignoram a competição por nichos funcionem. Afinal, se a comunidade possui uma estruutra dinâmica e histórica, nada mais razoável que ela derive. No entanto, os modelos neutros tem sofrido certa resistência, principalmente por não se encaixarem em muito dos pressupostos neodarwinistas.
Creio ainda que uma deriva ecológica se tornará cada vez mais plausível a medida os nichos passarem a ser concebidos como nichos-ontogênicos e não como nichos fenotípicos. Levar a plasticidade fenotípica a sério, ao invés de considerá-la um ruído, minaria muito dos pressupostos da TCN.

Chico

Chase, J. M. and M. A. Leibold (2003). Ecological Niches: Linking Classical and Contemporary Approaches, University of Chicago Press.

Hu, X. S., F. He, et al. (2006). "Neutral theory in macroecology and population genetics." Oikos 113(3): 548-556.

Hubbell, S. P. (2001). "The unified neutral theory of biodiversity and biogeography." Á Princeton: 375.

Maurer, B. A. and B. J. McGill (2004). "Neutral and non-neutral macroecology." Basic and Applied Ecology 5(5): 413-422.

sábado, julio 21, 2007

Confundiendo seleccion natural con seleccion de nicho



En este extenso estudio se muestra cómo en los cíclidos del lago victoria, los peces presentan distintos alelos de sus opsinas, que responden a diferentes longitudes de onda. En el lago existen distintos medios de luz a medida que nos desplazamos hacia el fondo. Lo que los autores han descubierto es que a una determinada profundidad el alelo más representado es aquel que tiene la absorvancia adecuada a la longitud de onda de la luz en ese nivel.

La conclusión de los autores del trabajo está en el título: selección natural divergente, hacia diferentes extremos de una gradiente ambiental. El estándar de la evidencia para este tipo de conclusiones hoy en día es sencillamente que se observe una relación entre una diferencia genética y una condición ambiental. Por ejemplo, también se ha argumentado selección natural para la correlación de alelos de ectodysplasina, con y sin armadura, y la vida en agua salada o agua dulce, de peces espinosos (Gasterosteus)

Sin embargo, es realmente un fenómeno de selección natural? Según un modelo de selección natural, esta distribución se explica porque cada alelo ha sido más "exitoso" en su respectivo nivel. Es decir, se ve un escenario en que todas las opsinas están originalmente presentes en cada nivel, pero por competencia y selección natural, se va imponiendo una de ellas.
Pero es realista este escenario? Más que competir en cada nivel, es mucho más probable que un pez se desplace conductualmente en la columna de agua, frecuentando los niveles en los que sus opsinas le permitan ver mejor. Es decir, lo que vemos es el resultado de cómo cada tipo de ser vivo selecciona su medio, de acuerdo a su estructura y conducta; no así que el medio selecciona al ser vivo. El resultado final es el mismo: La variacion genética se va segregando entre los distintos niveles del lago.
Sin embargo, Terai et al. nunca mencionan esta posibilidad, pese a que claramente puede explicarnos bastante sobre esta distribución de las opsinas...

-Sanders

martes, julio 17, 2007

Anoles: convergência sistêmica

A diversificação do gênero Anolis - família Iguanidae - no Caribe tem sido foco de diversos estudos evolutivos, principalmente pelo grupo de J. B. Losos. Uma das caracterísitcas da diversificação dos anoles caribenhos é a existência de ecomorfos - espécies distintas, mas morfo e ecologicamentes semelhantes. São reconhecidos seis ecomorfos básicos: Twig, Grass-bush, Trunk, Trunk-ground, Crown giants e Trunk-crown:



Cada uma das principais ilhas do Caribe - Jamaica, Hispaniola, Cuba e Porto Rico - possui um conjunto de espécies de Anolis. As ilhas maiores tendem a ter mais ecomorfos. Cuba possui os seis, Hispaniola não possui um Crown-giant, Porto Rico não possui também um Trunk. Jamaica, a ilha menor, possui apenas três Ecomorfos. Existem muitas outras espécies que não se encaixam em ecomorfos, mesmo embora, as vezes, elas utilizam recursos semelhantes (e.g. Leal et al., 2002)(Portanto, um nicho semelhante não implica necessariamente uma morfologia semelhante)









O interessante é que, na maioria dos casos, as epécies de uma mesma ilha são filogeneticamente mais próxiams entre si do que as espécies de um mesmo ecomorfo. Ocorreram diversas convergências. Espécies de determinados ecomorfos evoluiram de novo em cada ilha, mesmo embora elas tenham sido colonizadas por espécies diferentes:



Parece ser um caso típico de radiação adaptativa (Losos, et al 1998). Em cada ilha, as pressões seletivas moldaram os genótipos para ocuparem os nichos disponíveis. Esta hipótes (H1) pareceu corroborada experimentalmente. Em 1977 e 1981, 14 pequenas ilhas sem Anolis próximas as Bahamas foram experimentalmente colonizadas por Anolis spp. do ecomorfo Trunk. Foi observado que, anos depois, os lagartos haviam se diferenciados em novas espécies do ecomorfo Bush-grass, exatamente como era de se esperar para a vegetação arbustiva das pequenas ilhas. Conclusão: genótipos para Bush-grass foram selecionados.



Mas novos experimentos mostraram que a hipótese da radiação adaptativa havia ignorado a plasticidade desenvolvimental. Foi observado que a morfologia dos anoles depende do meio em que eles se desenvolvem. Por exemplo, anolis criados em lugares planos desenvolvem as patas mais robustas típicas dos ecomorfos Trunk, enquanto que os criados em "poleiros" desenvolveram patas típicas de Twig. Cito o abstract de Lossos et al. (1999):

Abstract.-Species of Anolis lizards that use broad substrates have long legs, which provide enhanced maximal sprint speed, whereas species that use narrow surfaces have short legs, which permit careful movements. We raised hatchling A. sarigrei in a terraria provided with only broad or only narrow surfaces. At the end of the experiment. lizards in the broad treatment had relatively longer hindlimbs than lizards in the narrow treatment. These results indicate that not only is hindlimb length a plastic trait in these lizards. but that this plasticity leads to the production of phenotypes appropriate to particular environments. Comparison to hindlimb lengths of other Anolis species indicates that the range of plasticity is limited compared to the diversity shown throughout the anole radiation. Nonetheless, this plasticity potentially could have played an important role in the early stages of the Caribbean anole radiation.

Isto leva a nova hipótese (2) de que há uma plasticidade fenotípica facilitadora da seleção natural, que depois é internalizada.



No entanto, baseado em uma abordagem sistêmica da hereditariedado, percebemos que o processo de internalização não é absolutamente necessário para explicar este processo evolutivo. A hereditariedade é a re-ocorrência de um processo de desenvolvimento em um determinado meio. Se o processo ocorre no mesmo meio que ocorreu no seu ancestral, não é necessário que haja internalização.



A ocorrência de internalização, quando for o caso, pode ser interpretada como a perda da capacidade de desenvolver o antigo caminho epigenético depois de um determinado período de deriva estrutural. Esta perda de plasticidade pode explicar porque, em algumas ilhas, certos ecomorphos não se desenvolveram.



Lembro ainda que um padrão semelhante existe na evolução dos peixes ciclídios dos lagos africanos. A convergência e diversidade destas espécies tem sido um dos principais exemplos de seleção natural. Não me surpreenderia se este padrão também pudesse ser explicado por processos sistêmicos.




Leal, M., A. K. Knox e J. B. Losos. LACK OF CONVERGENCE IN AQUATIC ANOLIS LIZARDS. Evolution, v.56, n.4, p.785-791, 2002.

Jonathan B. Losos, et al. Adaptive Radiations of Island Lizards Contingency and Determinism in Replicated,Science 279, 2115 (1998);

Losos, J. B., D. A. Creer, D. Glossip, R. Goellner, A. Hampton, G. Roberts, N. Haskell, P. Taylor e J. Ettling. EVOLUTIONARY IMPLICATIONS OF PHENOTYPIC PLASTICITY IN THE HINDLIMB OF THE LIZARD ANOLIS SAGREI. Evolution, v.54, n.1, p.301-305, 1999.

Losos, J. B., T. W. Schoener, K. I. Warheit e D. Creer. Experimental studies of adaptive differentiation in Bahamian Anolis lizards. Genetica, v.112, n.1, p.399-415. 2001.

domingo, julio 15, 2007

Representando a assimilação genética

Refletindo sobre como representar a assimilação genética, me dei conta de como é simples e elegante o fazer a partir dos diagramas e idéias do Maturana. Talvez ele mesmo ou outros já o fizeram. Enfim, é bastante óbvio. Como o sistema vivo está em constante epigênese e esta epigênese é sempre realizada em um meio com o qual ele mantém relações, algumas estruturas dependem destas relações para existirem (a-b). Se o ambiente muda e a estrutura permanece a mesma, ocorreu uma assimilação, i.e, a relação com o meio não é mais necessária para a existência daquela estrutura (b-c):



A abordagem do Maturana (assim como também a da Susan Oyama) encara o organismo como um sistema em contínuo processo de desenvolvimento em um determinado meio. Desta forma, o fenômeno de assimilação não depende de internalizações genéticas e pode ser teorizado de maneira muito mais parsimoniosa.

A biologia está começando a abrir o olho novamente para a importância das relações com o meio durante o desenvolvimento (e.g. Van Der Weele, 1999; Gilbert, 2001). Pena que muitas vezes isto é encarado como o cume (ou cúmulo) da seleção natural: o meio desengatilha programas genéticos alternativos, cada um adaptado a um meio alternativo.



Gilbert, S. F. Ecological developmental biology: developmental biology meets the real world. Dev Biol, v.233, n.1, p.1-12. 2001.

Van Der Weele, C. Images of Development: Environmental Causes in Ontogeny. New York: State University of New York Press. 1999

jueves, julio 12, 2007

Adaptada ou simplemente era possível?

Depois do urso que andava de bicicleta, apresentamos a enguia que catava caranguejos!

video

Uma vez Mpodozis falou algo assim: "Tudo que hoje é obrigatório um dia foi facultativo"

Função, adaptação e genes

O conceito de função em filosofia da biologia, em geral, recebeu dois tratamentos:

1. um tratamento etiológico à la Larry Wright e Karen Neander, onde a função de uma estrutura é o efeito pelo qual ela foi selecionada.

2. um tratamento sistêmico à la Robert Cummins, onde a função de uma estrutura é o seu papel no sistema vivo.

Creio que é pertinente manter clara esta distinção, principalmente porque a definição selecionista limita o uso do termo função. ¿Se afirmo que a função do coração é bombear sangue para o corpo estou dizendo que o coração foi selecionado para bombear sangue? Não! Eu quero dizer que o coração participa da manutenção do sistema bombeando sangue. Estou descrevendo seu papel no funcionamento do sistema, não sua origem. Quando falo na função do coração, eu me refiro ao conceito de organismo, de sistema autopoiético, de seres cujas partes são ao mesmo tempo meio e fim, como diria Kant. Função não é sinônimo de adaptação.

As duas noções se referem a domínios diferentes. A função sistêmica se refere à fisiologia do organismo. A função selecionista se refere à relação do organismo com o seu meio. Isto fica claro se lembrarmos que a noção de função precede em mutio à Darwin e a seleção natural ( a descrição do sistema circulatório e o papel do coração por W. Harvey foi feita no século XVII)

No caso do DNA, portanto, o que seria uma sequência de DNA funcional?

Selecionalmente, seria uma sequência cujo efeito foi selecionado. Deste ponto de vista, é empiricamente improvável que a maioria das variações na sequência de DNA sejam seletivamente funcionais, pois o efeito fenotípico do DNA é local e espacialmente contextualizado. Como selecionar uma sequência de α-tropomiosina se a proteína por ela produzida depende do contexto celular?



Sistemicamente, a função de uma sequência de DNA é seu efeito no funcionamento do sistema. Se modificarmos uma base nucleotídica e esta modificação alterar a estrutura de uma proteína, podemos dizer que a função daquele gene ou região não-codificante era produzir aquela proteína. Mas dizer que aquele gene foi selecionado para produzir aquela proteína é muito diferente!

A confusão surge quando se combina o conceito de gene clássico com o conceito de gene contemporâneo (Griffiths e Neumann-Held, 1999; Sterelny e Griffiths, 1999; Gilbert, 2000; Moss, 2003). O gene clássico, como definido pela Teoria do Gene de T. H. Morgan e utilizado pela genética de populações era uma unidade no cromossomo que causava um fenótipo. Neste caso, a função seletiva e a função sistêmica coincidiam. Mas a concepção de gene molecular contemporânea não permite esta coincidência. O gene molecular contemporâneo é uma estrutura que participa da dinâmica celular (ver imagem ao lado). Ele não é uma entidade que determina uma característica fenotípica. Igualar o gene clássico à uma seqüência de DNA levou â infame teoria do gene egoísta.

Portanto, uma seqüência de DNA contemporâneo, pós-genômico, pode possuir uma função sistêmica. Eu posso descrever a função de uma seqüência na manutenção da dinâmica celular (embora isto não parece ser o que ocorre na maioria dos casos. Por exemplo, em C. elegans 90% dos genes knockouteados não tiveram efeitos detectáveis).



Mas a atribuição de uma função seletiva a uma seqüência de DNA deve ser feita com muito mais cuidado. Em raros casos, podemos atribuir uma variação fenotípica diretamente à uma variação nucleotídica, estando assim sujeita a uma possível seleção. Não existem genes para o olho branco da Drosophila de Morgan. Existem vias biosintéticas que levam a pigmentação ou não do olho. Algumas vezes uma mutação no DNA faz toda a diferença nesta via. Muitas vezes, NO!

Por último, nos casos em que a variação nucleotídica é fenotipicamente perceptível e, portanto, tem influência na relação do organismo com o meio, resta discutir se ela surgiu por seleção ou não. Mas isto, infelizmente, poucos filósofos se atrevem a discutir...

Gilbert, S. F. Genes Classical and Genes Developmental: The Different uses of Genes in Evolutionary Syntheses. In: P. J. Beurton, R. Falk e H. J. Rheinberger (Ed.). The Concept of the Gene in Development and Evolution. Cambridge: Cambridge
University Press, 2000.

Griffiths, P. E. e E. M. Neumann-Held. The Many Faces of the Gene. BioScience, v.49, n.8, p.656-662. 1999.

Moss, L. What Genes Can't Do. Cambridge: Bradford Book. 2003

Sterelny, K. e P. E. Griffiths. Sex and Death: An Introduction to Philosophy of Biology: University of Chicago Press. 1999

martes, julio 10, 2007

Dinoaves a defender el ADN chatarra


El último bodrio es que hoy por hoy está de moda cantar ni más ni menos que la muerte del "DNA chattarra": Sí, como lo oyen. El descubrimento de nuevas funciones en el DNA no codificante parece suficiente como para que gente como John Greally, escritor de la sección "news & views", de nature, dijese "It would be a very brave person who would call it junk at this stage".
Abróchense los cinturones chiquillos: se viene el adaptacionismo molecular. Una especulación adaptacionistas para cada sustitución nucleotídica. Que digo, para cada inserto retroviral, trasposon, y uds saben....ese 50% de todo el genoma humano que son los elementos repetidos.
Digo, estos mermes nacieron ayer o qué? Si podemos hacer relojes moleculares, es porque la acumulaciónn de mutaciones es estocástica. Se sabe que la tasa de mutación es demasiado alta como para que cada sustitución sea una adaptación. Pensar que no existe el dna chatarra sólo se puede hacer mediante negar hechos bien establecidos.
Entre estos hechos está la gran variabilidad que pueden presentar el tamaño de los genomas de distintas especies, con especies de genomas gigantescos, como l las salamandras, peces pulmonados, o miembros del genero Allium, como la cebolla. Y luego hay formas en las que el genoma se ha reducido drásticamente de tamaño, como en el caso del pez fugu. Un caso bastante pulentito es el de la evolución de dinosaurios a aves. Resulta que el tamaño del genoma a través de distintas especies se muestra porporcional al tamaño de ciertos tipos celulares, y eso incluye los osteocitos, cuyo tamaño puede apreciarse en el tejido óseo. Con esto se pudo confimar que en los dinosaurios depredadores ocurrió una reducción en el tamaño del genoma, a aproximadamente la mitad, y que las aves han heredado esta condición. De paso mencionar que la reducción del tamaño del genoma ocurrió mucho antes de la evolución del vuelo.
Ahora que nos venga a explicar John Greally que ese 50% perdido era todo funcional, o que las Allium están ganando función como locas.

Organ, C.L., Shedlock, A.M., Meade, A., Pagel, M., and Edwards, S.V. (2007) Origin of avian genome size and structure in non-avian dinosaurs. Nature 446:180-184.

-Sanderkatz