Dime y lo olvido, enséñame y lo recuerdo, involúcrame y lo aprendo (B. F)

¿Existe una memoria biológica de la evolución?

¿Existe una memoria biológica de la evolución?
La evolución es algo que siempre ha ido muy lento, y para que se produzcan cambios significativos se necesita una gran cantidad de tiempo y generaciones.

Teniendo en cuenta un estudio que han efectuado un grupo de paleontólogos de fósiles de generaciones pasadas para la revista "Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)", y teniendo en cuenta la máxima velocidad de evolución a lo largo del tiempo, un ratón tardaría 24 millones de generaciones para convertirse en un elefante.

Para un animal como el conejo en cambio, sería algo más "rápido": 10 millones de generaciones.

El estudio también concluye que para los animales acuáticos es mucho más sencillo alcanzar grandes dimensiones y requieren la mitad de generaciones que los terrestres.



“Probablemente se debe a que es más fácil ser grande en el agua, porque el agua ayuda a soportar el peso”.

Curiosamente hacerse más pequeño es algo que necesita muchas menos generaciones.

Por ejemplo para que un elefante pase a ser un elefante pigmeo harían falta unas 100.000 generaciones.

“Cuando te haces más pequeño, necesitas menos comida y te puedes reproducir más rápido, lo que supone una ventaja sobre todo si vives en una isla pequeña”.

La memoria a corto y largo plazo se consolidarían, según el trabajo de investigadores japoneses, en diferentes partes del cerebro y vendrían desde antes de nacer... de nuestros antepasados.

La evolución de una determina característica o rasgo podría verse facilitada si los cambios en el ambiente se dan de una manera regular en lugar de azarosa.

De este modo el genoma retendría memoria de la historia ambiental pasada.

Geospiza magnirostris y Geospiza Fortis. Foto: B. Rosemary Grant-Science.

La evolución de las especies depende de los cambios en el entorno de los individuos que la componen.

En un ambiente absolutamente estable (e inexistente) no se daría la selección natural ya que los individuos no se verían afectados por un mayor o menor éxito reproductivo y las especies permanecerían sin cambios. 

Pero lo normal es que haya cambios en el mismo que favorezcan determinados rasgos, es decir que conduzcan a un mayor éxito reproductivo, y por tanto los genes mutados que determinan esos rasgos terminarán siendo dominantes en los genomas de los individuos de la especie.

Si el ambiente cambia de nuevo puede que se favorezca otro rasgo y que se seleccionen otros genes distintos y los anteriores terminarían siendo “olvidados” para siempre.

Los cambios en el ambiente hacen que las especies se tengan que readaptar continuamente.

Esto nos haría pensar que bajo estas premisas la evolución se daría de forma lenta a no ser que haya cierta capacidad de cambiar rápidamente.

Supongamos ahora que los cambios en el ambiente no se producen de manera suave y continua, ni tampoco de manera azarosa, sino que se dan de forma periódica o sistemática. ¿Retendría el sistema genético memoria de sus estados pasados?

Merav Parter, Nadav Kashtan y Uri Alon del Instituto Weizmann en Israel sugieren ahora en un artículo en PloS que los cambios ambientales que varían de una manera no azarosa a lo largo del tiempo permitirían una evolución que aprendiera las reglas de comportamiento del ambiente y creara organismos que pueden desarrollar rápidamente nuevos rasgos a partir de muy pocas mutaciones.

Este estudio sienta por primera vez las bases de cómo se forman los recuerdos y experiencias guardados en la memoria de nuestros antepasados.    

Es decir, que bajo este supuesto la evolución se aceleraría.

La habilidad de generar novedad es uno de los misterios de la teoría evolutiva.

Últimamente diversos descubrimientos en Evolución, Genética y Biología del Desarrollo sugieren que los organismos facilitan de algún modo la variación.

Un diseño donde los cambios genéticos dan lugar a características o rasgos físicos (fenotipos) novedosos que, llegado el caso, pueden ser útiles y ser seleccionados.

Por ejemplo, y recordando los pinzones de Darwin, una de las posibles mutaciones en el genoma de un pájaro puede dar lugar a una forma del pico apropiada para un nuevo ambiente en el que haya diferentes recursos alimenticios.

Si esa nueva forma no aparece no se podrá aprovechar el nuevo recurso y esto dependerá de lo fácil que sea la aparición de variación.

Se necesita una capacidad de cambio que proponga “nuevas ideas” en fenotipos.

Esto nos deja con la duda de cómo evoluciona espontáneamente en sí la facilidad con la que se da esta variación.

En el trabajo de estos investigadores se tuvo en cuenta las observaciones que muestran que el ambiente natural varía regularmente a lo largo del tiempo bajo ciertas reglas.

Proponen que los organismos pueden aprender (o más bien sus genomas) cómo ha cambiado el ambiente en el pasado y usar esta información para tener una ventaja evolutiva en el futuro.

Si por ejemplo la disponibilidad de semillas para las distintas especies de pinzones varía en tamaño y dureza a lo largo del tiempo, las distintas especies pueden haber aprendido la capacidad de desarrollar picos apropiados de manera rápida.

A largo plazo no se seleccionaría un tipo de pico en concreto sino que seleccionaría un conjunto de herramientas genéticas capaces de hacer evolucionar el pico más apropiado para una época concreta.

Para comprobar esta hipótesis estos investigadores emplearon una simulación computacional en la que dejaron evolucionar unos “organismos” simples que evolucionaban bajo dos posibles escenarios.

Una primera población evolucionaba bajo un ambiente sin cambio y una segunda bajo un cambio sistemático y regular del ambiente.

Los dos escenarios dieron lugar a organismos con diferentes diseños, pero en el segundo caso los organismos almacenaron información acerca de la historia en sus genomas, desarrollando un diseño genético modular.

Éstos fueron además capaces de generar fenotipos novedosos útiles para ambientes nuevos, siempre y cuando compartieran las mismas reglas que los ambientes vividos.

De este modo la habilidad de generar novedad emergería evolutivamente del sistema.

La construcción de la memoria ha sido una verdadera incógnita para los investigadores. Conocer cómo se forman los recuerdos es uno de los misterios más fascinantes de nuestro cerebro.

Para los fanáticos de Harry Potter, hablar del pensadero de Dumbledore supone trasladarnos a aquellas escenas de los libros de J.K. Rowling en que nos adentrábamos en los recuerdos del mago mediante este objeto mágico.

Lleno de una sustancia parecida a la niebla, a medio camino entre el estado líquido y el gaseoso, el pensadero ayudaba al Director de Hogwarts a conservar buena parte de su memoria.

Como bien nos explicaba Antonio Orbe hace tiempo, la memoria nos permite almacenar y recuperar recuerdos y habilidades, por lo que está íntimamente ligada con el aprendizaje.

Aunque su duración es variable, de minutos y horas en el caso de la memoria a corto plazo, y de días o períodos más prolongados en la de a largo plazo, lo cierto es que hasta ahora no se sabía cómo era el proceso de formación de la memoria.

¿Qué hace que seamos capaces de guardar nuestros recuerdos?

La respuesta no es sencilla. Hasta ahora los científicos no han conseguido visualizar in vivo el proceso por el cual nuestra memoria se va contruyendo.

Sin embargo, un estudio realizado en el RIKEN Brain Science Institute de Japón y publicado en la revista Neuron podría ayudarnos a entender cómo se almacenan los recuerdos, y por ello, cómo se va produciendo el proceso de aprendizaje.

Para realizar el trabajo, el equipo de Tazu Aoki utilizó el pez cebra, un modelo animal usado frecuentemente en los laboratorios, dado que el cerebro de los mamíferos es demasiado complejo para abordar este problema.

Lo que hicieron los investigadores fue someter a peces transgénicos a un experimento utilizando lámparas LED, en el que los animales debían eludir ciertas señales, dependiendo de la luz emitida.

En particular, los peces no debían acercarse a la LED roja, ya que de hacerlo recibirían una pequeña descarga eléctrica.

Utilizando luego diferentes combinaciones de colores de LED, además de peces modificados genéticamente para poder visualizar su actividad neuronal (mediante proteínas fluorescentes), los científicos pudieron localizar en qué región se situaba la memoria a corto y largo plazo. Sorprendentemente, los resultados desvelaron que ambas se localizan en diferentes partes del telencéfalo de estos peces.

Los investigadores, al analizar la actividad neuronal del pez cebra, vieron que la memoria a corto plazo podría estar localizada en la parte dorsal del telencéfalo, que correspondería a la corteza cerebral humana.

Si eliminaban esta parte de los animales, estos podían ser entrenados para realizar el experimento de manera adecuada, pero guardando los recuerdos solo en un corto período de tiempo.

Según Aoki, para que la memoria a corto plazo se consolide como de largo plazo, debe ser transferida a la región cortical.

Mediante este trabajo, se ha conseguido visualizar por primera vez el proceso por el que la memoria se forma.

Aunque estos estudios necesitan de más investigaciones para comprobar si realmente los recuerdos y el aprendizaje se producen en mamíferos tal y como ocurre con el pez cebra, lo cierto es que este proyecto sienta unas bases importantes en el campo de la neurobiología.

El estudio sugiere el gran efecto que el ambiente puede tener en la evolución de los diseños biológicos y nos acerca a la comprensión de cómo evoluciona la habilidad de crear diseños novedosos útiles.

¿Explicaría este estudio también los casos de evolución rápida observados en algunos ecosistemas reales?

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Fuentes y referencias: Nota en Eureka alert.
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