La Supervivencia del Más Sociable

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La violencia ha sido la progenitora de todos los valores del mundo,” escribió el poeta Robinson Jeffers en 1940.  “¿Qué sino los dientes del lobo blanquearon tan finamente el conjunto de extremidades del antílope? ¿Qué sino el miedo alado de los pájaros, y el hámbre en los ojos de la cabeza del gran azor?”.

Hemos tomado estas metáforas sobre la evolución al pie de la letra, extrayendo de su lectura que la vida es una carrera para asesinar o ser asesinado. “Darwinismo” representa “lucha encarnizada”; la “supervivencia del más apto” significa “la supervivencia del más cruel”. Vemos la presión de selección que perfeccionan cada organismo para el éxito e impulsa la innovación genética como el orden natural de las cosas.

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Dos modelos de evolución: la interpretación temprana de la evolución darwniniana como una lucha a muerte está siendo complementado por la comprensión  de la importancia de la cooperación. Fuente:  nautilus.us

Pero ahora sabemos que esa imagen está incompleta. El progreso evolutivo puede ser impulsado tanto por la lucha competitiva por adaptarse a un ambiente, como por la relajación de las fuerzas selectivas. Cuando la selección natural sobre un organismo se relaja, los poderes creativos de la mutación pueden ser desatados y la evolución acelerada. El alivio de una vida más fácil puede inspirar nuevas formas biológicas tan poderosamente como la amenaza de muerte.

Una de las mejores formas para relajar las fuerzas selectivas es trabajar juntos, algo que el biólogo-matemático Martin Nowak, de la Universidad de Harvard, ha llamado ‘agruparse por la superviviencia‘. Las nuevas investigaciones han profundizado y ampliado la importancia de la cooperación y el debilitamiento de las presiones selectivas. Hay un mundo grande y amigable ahí fuera.

El grado de adaptación de una especie puede ser considerado como un plano multi-dimensional definido por su compatibilidad con su ambiente. El lugar de las especies en este “landscape” están determinadas por parámetros tales como su fertilidad, metabolismo, fortaleza, etc.  Un ‘pico’ en este plano representa un lugar en el espacio de parámetros en el que la aptitud de la especie es alta, un ‘valle’ representaría una situación próxima a la extinción. Las pendientes en este plano hipotético también son importantes. Una colina ancha y apacible en el paisaje de aptitud representaría una región en la que la población podría mutar y seguir con vida; un pico estrecho indicaría un conjunto de posibilidades muy concretas, donde incluso un pequeño cambio podría conducir a un individuo con una nueva mutación a un acantilado. Cuando la sección se relaja, el paisaje de aptitud se ve modificado, de modo que los estrechos precipicios se ensanchan hasta dar lugar a mesetas. Una vez que la restricción selectiva se elimina de un rasgo, la población es capaz de explorar una amplia gama de posibilidades en caracteres relacionados, y la evolución puede evolucionar más libremente.

La selección puede ser relajada por factores ambientales, tales como una reducción en el número de depredadores. Pero las poblaciones también  pueden relajar la selección sobre ellas mismas mediante su propio comportamiento. Un estudio de 2017 llevado a cabo por investigadores de la Universidad de Sheffield trató de desentrañar la interacción entre el comportamiento y la evolución analizando un comportamiento sencillo en ratones: acurrucarse por el calor. Los científicos simularon una población de ratones, especificando su aislamiento y su tasa metabólica, y si eran solitarios o gregarios. Encargaron a un algoritmo evolutivo la optimización del coste metabólico de cada población mientras mantenían un rango ideal de temperatura.

El progreso evolutivo puede ser impulsado tanto por la lucha competitiva por adaptarse a un ambiente, como por la relajación de las fuerzas selectivas.

En el caso de los solitarios, el espacio de solución que permitía a los ratones mantener eficientemente las temperaturas adecuadas era minúsculo. Esto es doblemente problemático para una especie. En primer lugar, si el espacio de solución viable está restringido, es mucho más difícil para la evolución de la caminata aleatoria para dar en el blanco sea “como encontrar una aguja en un pajar.” Y en segundo lugar, una vez que se encuentra una solución, es más difícil llevar a cabo exploraciones posteriores, mutaciones potencialmente beneficiosas . Cuando una especie se desplaza a lo largo de una estrecha cresta en el paisaje de la aptitud, cualquier paso falso podría empujarlo hacia la extinción. En el modelo de los investigadores, acurrucarse por el calor sirvió para relajar la selección sobre los animales aislados, permitiendo que los genes que controlan su metabolismo pudiesen variar más sin comprometer su capacidad de mantener una temperatura óptima. Esto suavizó el pico de la aptitud, de modo que las generaciones sucesivas pudieron explorar rápidamente una amplia franja del paisaje de la aptitud y acumular una mayor variedad de mutaciones, proporcionando un fondo genético más rico que podría ser seleccionado posteriormente en épocas futuras de cambio ambiental. Por supuesto, la relajación de la presión de selección también puede servir para aumentar la carga de las mutaciones potencialmente perjudiciales, por lo que hay una compensación. Pero cuando la selección se relaja y las poblaciones son más libres para explorar el paisaje de la aptitud, pueden tropezar con innovaciones altamente adaptativas más rápidamente.

Los autores hacen un paralelo con la evolución de los animales de sangre caliente a partir de los reptiles de sangre fría. Parece probable a partir de una rama de reptiles evolucionó un carácter relacionado con aislamiento térmico que sirvió para relajar la presión de selección -como la piel o mayor masa corporal- antes de que comenzasen a mantener altas temperaturas corporales. Los pequeños animales de sangre caliente se enfrentan a un gran desafío metabólico, ya que su relación entre la superficie y el volumen es tan alta que irradian una enorme cantidad de calor. Una vez que el aislamiento térmico se extendió entre la población, el metabolismo de los proto-mamíferos fué más libre para mutar y encajar las piezas necesarias para conseguir temperaturas corporales estables. Cuando “descubrieron” la sangre caliente, se dieron cuenta de una enorme ventaja: los primeros mamíferos podían cazar y forrajear de manera fiable durante la noche, abriendo nichos enteramente nuevos y finalmente resultando en una clase de animales adaptativamente exitosos. Los autores de este estudio argumentan que, al agruparse, los ratones forman efectivamente un “super organismo” compartiendo calor para aproximarse conductualmente a los beneficios inherentes a los organismos más grandes sin tener que evolucionar un cuerpo más grande, permitiendo que su metabolismo tuviese mayor libertad para cambiar. Por supuesto, los estudios computacionales deben ser tomados con cautela -dada las suposiciones y simplificaciones requeridas de cualquier modelo- aunque nos permiten simular experimentos que tomarían milenios para desarrollarse en la naturaleza.

 

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Representación de un paisaje evolutivo, para una especie determianda y bajo unas condiciones dadas. Adaptado de EvolutionarySistemsBiology.org

 

Mediante el estudio de la historia filogenética de las especies relacionadas, podemos comenzar a correlacionar la interacción de los comportamientos con la dinámica evolutiva en el mundo real. Este año los científicos de la Universidad de Lund, en Suecia, analizaron las estrategias de cría de 4.000 especies de aves, siguiendo sus movimientos en nuevos ecosistemas usando relaciones genéticas conocidas entre las aves. Desde hace mucho tiempo se sabe que las estrategias de cría cooperativa son comunes en ambientes hostiles. El supuesto era que las condiciones difíciles alentaban a las especies a desarrollar comportamientos sociables (al menos hacia los familiares). Pero, ¿y si el sentido de esta causalidad es el inverso? Al analizar las migraciones históricas de las aves, los investigadores descubrieron que las especies que ya habían desarrollado comportamientos cooperativos en un entorno benigno tenían el doble de probabilidades transladarse a un ambiente hostil que los parentales no cooperantes. Los investigadores especulan que la cooperación actúa como amortiguador  frente a condiciones ambientales adversas, permitiendo que las poblaciones socializadas tengan más éxito en la colonización de nuevos nichos. El ambiente hostil no condujo la evolución de los comportamientos, los comportamientos permitieron la colonización de ambientes hostiles.

 Tendemos a concebir la vida como algo separado de su hábitat: El medio ambiente es una especie de contenedor, y la vida es como un líquido que se adapta para llenarla. Sir Arthur Tansley introdujo el concepto del ecosistema en 1935. Pensaba que la naturaleza funcionaba como una máquina, y así, como un ingeniero, trató de mapear el flujo de energía y materia a través de la vida y su entorno. Pero un nicho ecológico no es, como se suele considerar a menudo, resultado de los parámetros físicos del ambiente de un animal: salinidad, alcalinidad, humedad y temperatura. Es una red de relaciones, no sólo entre una especie y su hábitat, sino también con todas las otras especies que coexisten en el mismo espacio. Un nicho no es menos dinámico que la evolución, contrariamente a la visión mecanicista de Tansley. “Los paleontólogos a menudo dicen que las explosiones de diversidad en el registro fósil simplemente llenó el espacio ecológico, como si cada nueva especie simplemente se instalara en un cuadrado de un tablero de ajedrez preexistente”, escribe el paleobiólogo Douglas Erwin. Sugiere que una analogía mejor es que las especies mismas construyen el tablero de ajedrez . Los corales, por ejemplo, forman su propio nicho protector mediante la construcción de arrecifes, que retardan las corrientes y reducen la erosión sobre sí mismos. Los arrecifes también sirven para albergar innumerables otras especies, en muchas de las cuales a su vez  se han establecido patrones de comportamiento para proteger a los corales. Si un organismo puede modificar su nicho, al alterarse a sí mismo o en sus relaciones con otras especies, tiene la oportunidad de construir el mundo en el que evolucionará su progenie futura, remodelándola para asegurar mejor su supervivencia.

Los ambientes hostiles no conducen a la evolución de los comportamientos – los comportamientos permitieron la colonización de ambientes hostiles.

Un ejemplo llamativo de este tipo de relación surgió como un misterio durante los albores de la microbiología. En el siglo XIX, los bacteriólogos cultivaban microbios usando lo que era, en su momento, tecnología de vanguardia: una cálida cuba de zumo de carne. El médico Robert Koch reconoció que estos caldos probablemente albergaban muchas cepas bacterianas diferentes, y supuso que si se les daba a las bacterias un medio sólido para crecer, diferentes colonias podrían separarse entre sí y estudiarse individualmente. Dividió por la mitad una patata con un cuchillo esterilizado y raspó sobre ella las lesiones de un paciente enfermo de carbunco, creando la primera cultivo sólido de microorganismos de la historia. A medida que se formaron las diferentes colonias, se aisló cada una en una rebanada de patata, pero sólo una fracción de las cepas aisladas conseguian sobrevivir de forma aislada.

Se estima que el 98 por ciento de las especies bacterianas no pueden ser cultivadas individualmente en un laboratorio, una limitación que no es un problema puramente académico: es un enorme obstáculo para el descubrimiento de nuevos compuestos biomédicos. Nuestros mejores antibióticos han sido extraidos de los propios microorganismos. Después de millones de años de co-evolución, muchos organismos unicelulares han desarrollado venenos muy eficaces para agredirse unos a otros; pero si no podemos cultivar la mayoría de las cepas en los laboratorios, no podremos aislar los compuestos potencialmente útiles que producen. Hasta 2015, no habíamos descubierto una nueva clase de antibióticos desde el año 1987, y debido a que las bacterias evolucionan tan rápidamente, muchas cepas salvajes han adquirido resistencias a los antibióticos de uso más común de los últimos 30 años. Sin duda hay muchas razones por las que las bacterias se resisten a la vida de laboratorio, pero la principal de ellas es el hecho de que, en el medio natural, las bacterias no son autosuficientes: han evolucionado para depender unas de otras. Puede parecer precario desde el punto de vista de la selección natural, que las especies se requieran mutuamente para sobrevivir, pero la abrumadora ubicuidad de las interdependencias sugiere que debe tener serias ventajas. La hipótesis de la Reina Negra describe tal posibilidad.

En el modelo de la Reina Negra, los organismos ‘se desprenden’ de los genes que codifican funciones que otras especies en el medio ambiente ya proporcionan. Es una teoría alternativa a la hipótesis, más conocida, de la Reina Roja, que postula que los organismos están sujetos a una especie de carrera armamentista evolutiva, siempre adaptando nuevas armas y defensas para evitar la extinción. Aunque la evolución a menudo se caracteriza por ser una marcha adelante hacia una mayor complejidad, los organismos realmente se desprenden de genes muy a menudo. Las funciones biológicas son metabólicamente costosas de mantener, y si no son estrictamente necesarias, es preferible adaptativamente suprimirlas del genoma (la hipótesis de la Reina Negra toma su nombre del juego de Corazones, en el que los jugadores tratan de evitar recoger a la reina de espadas para evitar un castigo particularmente pesado). Una ilustración paradigmática de la hipótesis de la Reina Negra se encuentra en dos cianobacterias flotantes , Synechococcus y Prolorococcus. Éstas usan la fotosíntesis como fuente de carbono para su propio consumo, pero ambas son dañados por un subproducto tóxico del proceso, el peróxido de hidrógeno. Una de las enzimas que puede neutralizar el peróxido de hidrógeno, la catalasa-peroxidasa, es particularmente costosa de producir, y aunque ambos la necesitan para sobrevivir, sólo Synechococcus codifica los genes para sintetizarla. Synechococcus se hace cargo de todo el peróxido de hidrógeno en el medio ambiente, mientras que Prochlorococcus goza de protección en condiciones energéticamente favorables.

Las especies “asistentes” como Synechococcus pueden convertirse en especies clave en un ecosistema. Debido a que proporcionan un bien común necesario para muchas especies, pueden llegar a ser protegidos de la competencia por las especies que dependen de ellos, como ocurre con los corales. El éxito de Prochlorococcus depende directamente de la abundancia relativa de Synechococcus. Si comienza a superar a su ayudante, el exceso de población perecerá como resultado de un aumento en el peróxido de hidrógeno del medio. El tablero de ajedrez ha cambiado: la existencia no es un juego de suma cero. La eliminación de los genes de la peroxidasa-catalasa confiere un beneficio energético sustancial a los individuos del género Prochlorococcus y, como hemos visto, la relajación en la presión de selección sobre una especie puede permitirle explorar nuevas funciones en otros ámbitos.

 

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Synechococcus sp en división binaria. Fuente: cfb.unh.edu

 

Los largos períodos de coexistencia armoniosa pueden ser precursores evolutivos de las verdaderas relaciones simbióticas. Hace miles de millones de años, otra antigua cianobacteria fue engullida y ‘domesticada’ por un antepasado de plantas. Se deshizo de la mayoría de los genes que necesitaba para una existencia independiente y se convirtió en lo que ahora conocemos como el cloroplasto. A cambio de un ambiente seguro, estos cloroplastos realizaron fotosíntesis para sus huéspedes, alimentando una nueva forma de vida que eventualmente se extendió por gran parte de la Tierra. Es probable que este mismo tipo de división del trabajo sea una semilla para el desarrollo de organismos multicelulares. Aquí, la evolución no es una carrera armamentista, sino un tratado de paz entre naciones interdependientes.
Tal vez nosotros nunca hubiésemos evolucionado si la presión de selección no hubiese sido relajada. Los seres humanos han creado un nicho global único en el que estamos en gran medida protegidos de las fuerzas selectivas: la agricultura defiende el hambre, la medicina nos protege de la enfermedad, las normas culturales promueven la armonía del grupo. Nuestra evolución ha sido profundamente influenciada por nuestros comportamientos vinculados al amortiguamiento de la presión de selección. Por ejemplo, la aparición de algunas características humanas modernas parece estar correlacionada con un aumento en el consumo de energía, vinculado a la introducción de la carne en nuestra dieta. Nuestro antepasado Homo erectus comenzó a comer significativamente más carne que sus predecesores, pero sus mandíbulas y dientes habían sido seleccionadas durante milenios para aplastar la materia vegetal dura, encontrándose mal adaptada para masticar la carne. Esta especie, al parecer, empleó herramientas no sólo para cazar, sino también para procesar la carne (y, posiblemente, usar el fuego para cocinarla). La carne rica en energía relajó la selección sobre nuestro metabolismo y el sistema digestivo que allanó el camino para nuestra fisiología moderna. Nuestros dientes, mandíbulas y tripas se encogieron, permitiendo que se le asignara más energía a nuestro cerebro, lo que favoreció que pudiera seguir creciendo; esto requirió de infancias prolongadas y ricas en calorías para poder desarrollarse plenamente. Armado con hachas de mano primitivos pero efectivos, el Homo erectus cambió su destino evolutivo. En los seres humanos y otros animales que aprenden socialmente, el tamponamiento de la selección es especialmente poderoso: los hábitos adaptativos, como acurrucarse por el calor y usar herramientas para preparar la comida, pueden extenderse en las poblaciones mucho más rápido que los cambios genéticos.

Nuestros genomas siguen siendo afectados por la cultura hasta nuestros días. Tomemos como ejemplo el gen de la lactasa, que codifica la enzima que digiere la lactosa en la leche. Aunque está presente en todos los genomas humanos, originariamentese inactivaba después de la infancia, cuando los niños dejan de amamantar. Pero recientemente en nuestra historia natural, varios grupos diferentes que cultivaban ganado evolucionaron para poder mantener la capacidad de digerir la lactosa durante toda su vida, permitiendo el acceso a una nueva y valiosa forma de nutrición. Hoy en día los descendientes de esos grupos son los que pueden beber leche como adultos sin efectos nocivos.

A medida que los humanos se reunían en grupos cada vez más grandes, el descubrimiento de una tecnología cada vez más compleja se aceleró. En los asentamientos de alta densidad, los artesanos e innovadores podrían especializarse en sus artesanías e intercambiar ideas. La presión de selección para el desarrollo de la herramienta ha tenido en gran medida un efecto asociado sobre nuestra capacidad de coexistir pacíficamente en poblaciones numerosas, de modo que los individuos agresivos y poco cooperativos pueden haber estado sujetos a presiones de selección en contra. En la mayoría de los casos, nos hemos convertido en una especie más cordial y cooperativa con el tiempo. Nuestros niveles de testosterona, por ejemplo, parecen haber caído, a juzgar por el tamaño de la frente de nuestros predecesores fosilizados. Algunos científicos sugieren que el surgimiento de una cultura humana compleja equivale a que, efectivamente, nos hemos domesticado.

Para los  que apuestan por la visión de la vieja escuela darwiniana de la supervivencia de los más aptos y la violencia como virtud, entonces, el mensaje es claro: simplemente relájense.

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