stringtranslate.com

Genética ecológica

La genética ecológica es el estudio de la genética en poblaciones naturales. Combina ecología, evolución y genética para comprender los procesos detrás de la adaptación. [1]

Esto contrasta con la genética clásica , que trabaja principalmente en cruces entre cepas de laboratorio, y el análisis de secuencias de ADN , que estudia genes a nivel molecular.

La investigación en este campo se centra en rasgos de importancia ecológica: rasgos que afectan la aptitud de un organismo o su capacidad para sobrevivir y reproducirse. [1] Ejemplos de tales rasgos incluyen el tiempo de floración, la tolerancia a la sequía , el polimorfismo , el mimetismo y la evitación de ataques de depredadores . [2] [ cita necesaria ]

La investigación suele implicar una combinación de estudios de campo y de laboratorio. [3] Se podrán llevar muestras de poblaciones naturales al laboratorio para analizar su variación genética. Se observarán los cambios en las poblaciones en diferentes momentos y lugares, y se estudiará el patrón de mortalidad en estas poblaciones. La investigación suele realizarse en organismos que tienen tiempos de generación cortos, como insectos y comunidades microbianas. [4] [5]

Historia

Aunque anteriormente se habían realizado trabajos sobre poblaciones naturales, se reconoce que el campo fue fundado por el biólogo inglés EB Ford (1901-1988) a principios del siglo XX. [ cita necesaria ] Ford comenzó la investigación sobre la genética de poblaciones naturales en 1924 y trabajó extensamente para desarrollar su definición formal de polimorfismo genético . [6] [7] La ​​obra maestra de Ford fue Genética Ecológica , que tuvo cuatro ediciones y fue muy influyente. [8]

Otros genetistas ecológicos notables incluyen a RA Fisher y Theodosius Dobzhansky . Fisher ayudó a formar lo que se conoce como la síntesis moderna de la ecología, al fusionar matemáticamente las ideas de Darwin y Mendel . [9] Dobzhansky trabajó en el polimorfismo cromosómico en moscas de la fruta . Él y sus colegas llevaron a cabo estudios sobre poblaciones naturales de especies de Drosophila en el oeste de Estados Unidos y México durante muchos años. [10] [11] [12]

Philip Sheppard , Cyril Clarke , Bernard Kettlewell y AJ Cain fueron todos fuertemente influenciados por Ford; sus carreras datan de la era posterior a la Segunda Guerra Mundial. En conjunto, su trabajo sobre lepidópteros y grupos sanguíneos humanos estableció el campo y arrojó luz sobre la selección en poblaciones naturales, donde alguna vez se había dudado de su papel. [ cita necesaria ]

Investigación

Herencia y selección natural.

La genética ecológica está estrechamente ligada al concepto de selección natural . [13] Muchos trabajos de ecología clásica han empleado aspectos de la genética ecológica, investigando cómo la herencia y el medio ambiente afectan a los individuos.

Melanismo industrial en polillas moteadas.

El melanismo industrial en la polilla moteada Biston betularia es un ejemplo bien conocido del proceso de selección natural. [14] [15] El fenotipo típico del color de las alas de B. betularia son motas blancas y negras, pero también se producen variantes de fenotipos 'melánicos' con mayores cantidades de negro. [14] En el siglo XIX, la frecuencia de estas variantes melánicas aumentó rápidamente. Muchos biólogos propusieron explicaciones para este fenómeno. A principios de la década de 1910, y nuevamente en muchos estudios posteriores, se demostró que las variantes melánicas eran el resultado de alelos dominantes en un solo locus del genoma de B. betularia . [14] Las explicaciones propuestas, entonces, se centraron en varios factores ambientales que podrían contribuir a la selección natural. En particular, se propuso que la depredación de las aves estaba seleccionando las formas de polilla melánica, que eran más crípticas en las áreas industrializadas. [15] HBD Kettlewell investigó ampliamente esta hipótesis a principios de la década de 1950.

La incertidumbre sobre si las aves se alimentaban de polillas planteó un desafío inicial, lo que llevó a Kettlewell a realizar una serie de experimentos con aves cautivas. [14] [15] Estos experimentos, aunque inicialmente no tuvieron éxito, descubrieron que cuando se les proporciona una variedad de insectos, las aves se alimentan preferentemente de las polillas más llamativas: aquellas con una coloración incomparable a su entorno. Luego, Kettlewell realizó experimentos de campo utilizando técnicas de marcación y recaptura para investigar la depredación selectiva de las polillas en su hábitat natural. Estos experimentos encontraron que, en los bosques cercanos a las áreas industrializadas, las formas de polilla melánica se recapturaban a un ritmo mucho mayor que las formas tradicionales de colores más claros, mientras que en los bosques no industrializados ocurría lo contrario. [15]

Investigaciones más recientes han enfatizado aún más el papel de la genética en el caso del melanismo industrializado en B. betularia . Si bien la investigación ya había enfatizado el papel de los alelos en la determinación del fenotipo del color de las alas, aún se desconocía si los alelos melánicos tenían un origen único o habían surgido varias veces de forma independiente. El uso de marcado molecular y mapeo cromosómico junto con estudios de población demostró a principios de la década de 2010 que las variantes melánicas de B. betularia tienen un único origen ancestral. [16] Además, las variantes melánicas parecen haber surgido por mutación de un fenotipo típico de color de ala.

selección poligénica

La investigación sobre rasgos ecológicamente importantes a menudo se centra en alelos únicos. [17] Sin embargo, se ha descubierto que en muchos casos, los fenotipos tienen una base poligénica: están controlados por muchos alelos diferentes. En particular, es más probable que los rasgos complejos tengan una base poligénica. [18] Los avances en la tecnología genética han permitido a los científicos investigar más de cerca la base genética de rasgos complejos, lo que ha llevado a una acumulación de evidencia que respalda la importancia del control poligénico para comprender la evolución de estos rasgos.

Se puede extraer una importante línea de evidencia de lo que sabemos sobre la selección artificial y su influencia en los rasgos. [18] Muchos experimentos que han utilizado selección artificial han encontrado rasgos que responden rápida y constantemente. Si sólo una pequeña cantidad de genes tuviera una gran influencia sobre un rasgo particular, esto no se vería. La forma en que los rasgos complejos con variación continua cambian en respuesta a la selección natural puede explicarse más razonablemente por el hecho de que muchos alelos tienen un pequeño efecto sobre el fenotipo de interés.

La prevalencia de rasgos con base poligénica plantea algunos problemas al investigar los rasgos y la adaptación en poblaciones naturales. Separar los efectos de los genes, los factores ambientales y la deriva genética aleatoria en los rasgos puede resultar difícil cuando se trata de rasgos complejos. [13]

Limitaciones

Un trabajo de este tipo necesita financiación a largo plazo, así como una base tanto en ecología como en genética. Ambos son requisitos difíciles. Los proyectos de investigación pueden durar más que la carrera de un investigador; por ejemplo, la investigación sobre el mimetismo comenzó hace 150 años y todavía continúa con fuerza. [19] [2] La financiación de este tipo de investigación sigue siendo bastante errática, pero al menos ahora no se puede dudar del valor de trabajar con poblaciones naturales en el campo. [ cita necesaria ]

Ver también

Referencias

  1. ^ ab Conner, Jeffrey K.; Hartl, Daniel L. (2004). Una introducción a la genética ecológica . Sunderland, Mass: Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-202-3.
  2. ^ ab Ruxton GD Sherratt TN y Speed ​​MP 2004. Evitar ataques: la ecología evolutiva de la cripsis, las señales de advertencia y el mimetismo . Prensa de la Universidad de Oxford.
  3. ^ Ford EB 1981. Llevando la genética al campo . Weidenfeld y Nicolson, Londres.
  4. ^ Compañeros, Mark, ed. (2005). Ecología evolutiva de insectos: actas del 22º Simposio de la Royal Entomological Society . Actas del simposio de la Royal Entomological Society. Wallingford: CABI Publ. ISBN 978-0-85199-812-1.
  5. ^ Kassen, Rees; Rainey, Paul B. (octubre de 2004). "La ecología y genética de la diversidad microbiana". Revista Anual de Microbiología . 58 (1): 207–231. doi : 10.1146/annurev.micro.58.030603.123654. ISSN  0066-4227. PMID  15487936.
  6. ^ Ford EB 1940. Polimorfismo y taxonomía. En Huxley J. La nueva sistemática . Prensa de la Universidad de Oxford.
  7. ^ Ford EB 1965. Polimorfismo genético . All Souls Studies, Faber & Faber, Londres.
  8. Ford EB 1975. Genética ecológica , 4ª ed. Chapman y Hall, Londres.
  9. ^ Baya, Andrés; Browne, Janet (26 de julio de 2022). "Mendel y Darwin". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 119 (30): e2122144119. Código Bib : 2022PNAS..11922144B. doi : 10.1073/pnas.2122144119 . ISSN  0027-8424. PMC 9335214 . PMID  35858395. 
  10. ^ Dobzhansky, Teodosio. Genética y origen de las especies . Columbia, Nueva York, 1.ª ed., 1937; segunda edición 1941; 3ª ed. 1951.
  11. ^ Dobzhansky, Theodosius 1970. Genética del proceso evolutivo . Columbia, Nueva York.
  12. ^ Dobzhansky, Theodosius 1981. Genética de poblaciones naturales de Dobzhansky I-XLIII . RC Lewontin, JA Moore, WB Provine y B. Wallace, eds. Columbia University Press, Nueva York 1981. (reimprime los 43 artículos de esta serie, todos menos dos de los cuales fueron escritos o coautores por Dobzhansky)
  13. ^ ab Beebee, Trevor JC; Rowe, Graham (2008). Una introducción a la ecología molecular (2ª ed.). Oxford; Nueva York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-929205-9.
  14. ^ abcd Cook, LM; Saccheri, IJ (2013). "La polilla moteada y el melanismo industrial: evolución de un estudio de caso de selección natural". Herencia . 110 (3): 207–212. doi :10.1038/hdy.2012.92. ISSN  0018-067X. PMC 3668657 . PMID  23211788. 
  15. ^ abcd Rudge, David W. (2005). "La belleza de la clásica demostración experimental de selección natural de Kettlewell". Biociencia . 55 (4): 369. doi :10.1641/0006-3568(2005)055[0369:TBOKCE]2.0.CO;2. ISSN  0006-3568.
  16. ^ van't Hof, Arjen E.; Edmonds, Nicola; Dalíková, Martina; Marec, František; Saccheri, Ilik J. (2011). "El melanismo industrial en las polillas pimienta británicas tiene un origen mutacional singular y reciente". Ciencia . 332 (6032): 958–960. Código Bib : 2011 Ciencia... 332..958V. doi : 10.1126/ciencia.1203043. ISSN  0036-8075. JSTOR  29784314. PMID  21493823.
  17. ^ Fuhrmann, Nico; Prakash, Celine; Kaiser, Tobías S (28 de febrero de 2023). Weigel, Detlef (ed.). "La adaptación poligénica a partir de la variación genética permanente permite una rápida formación de ecotipos". eVida . 12 : e82824. doi : 10.7554/eLife.82824 . ISSN  2050-084X. PMC 9977305 . PMID  36852484. 
  18. ^ ab Sella, chico; Barton, Nicholas H. (31 de agosto de 2019). "Pensar en la evolución de rasgos complejos en la era de los estudios de asociación de todo el genoma". Revista Anual de Genómica y Genética Humana . 20 (1): 461–493. doi :10.1146/annurev-genom-083115-022316. ISSN  1527-8204. PMID  31283361.
  19. ^ Mallet J. y Joron M. 1999. Evolución de la diversidad en el color de advertencia y el mimetismo: polimorfismos, equilibrio cambiante y especiación. Revisión anual de sistemática ecológica 1999. 30 201–233

Otras lecturas