La selección en tiempo real

La Selección Natural: (1) Sobre cómo trabaja. La Selección Natural puede tener lugar a diferentes niveles (genes, individuos, grupos). Lo que promueve la supervivencia de un gen no necesariamente aumentar la aptitud de los individuos portadores de ella, o de la población. Por ejemplo, elementos de ADN parasitarios (transposones) pueden propagarse a través de una población, aunque hacen al organismo huésped menos apto. Los transposones son una causa de enfermedades genéticas tales como la hemofilia. Del mismo modo, los individuos egoístas pueden prosperar a expensas de los individuos altruistas en un grupo, a pesar de que convierten al grupo en menos competitivo. Si conduce a la extinción de la población se lo llama suicidio evolutivo. De acuerdo con la “hipótesis de gen de Troya”, una variante genética puede propagarse en una población silvestre, aunque reduzca la aptitud individual. La evolución también puede conspirar contra la supervivencia por acumulación de mutaciones perjudiciales. Las mutaciones proporcionan materia prima para la selección genética. Si la tasa de mutación es baja, la población no será capaz de evolucionar rápido para mantenerse al día con los cambios ambientales. En cambio, si la tasa de mutación es demasiado alta, las mutaciones perjudiciales se pueden acumular y exceder un hipotético “umbral de error catástrofe” con consecuencia para la población. En teoría, cualquier especie con una población pequeña podría acumular mutaciones malas más rápido de lo que puede eliminarlas. El problema es grave en organismos asexuales, mientras que en los sexuales el intercambio de material genético puede mejorar la situación. <<< >>> La teoría de la evolución se trató por el reduccionismo: primaban los intereses individuales y los genes egoístas. Pero esto cambió en parte por el holismo, donde una colonia de insectos sociales, las sociedades humanas y ecosistemas intrincados pueden responder como un solo “superorganismo”. El punto de inflexión se produjo en la década de 1970 cuando apareció la hipótesis de la asociación simbiótica para formar células con núcleo. Cada entidad reconocida como un organismo es un grupo altamente organizado de células individuales que evolucionan en concierto. Darwin indicaba que los comportamientos altruistas (por el bien del grupo: especie o ecosistema) requiere una selección entre grupos y es socavada por la selección individual dentro del grupo. <<< >>> La Selección Natural a menudo conduce a mayor simplicidad. La complejidad puede surgir cuando la selección es débil. Como lo que “no se usa se pierde”, la evolución tendería a quitar en lugar de añadir. Algunas criaturas en apariencia primitivas resultan ser descendientes de otras más complejas. Por ejemplo, el antepasado de las estrellas y erizos de mar parece que tenía un cerebro, aunque los actuales no lo tienen. Un gen que hace dos funciones diferentes podría tener una mutación duplicando el gen y dividiendo el trabajo. Este es un aumento de complejidad que se produce no por selección, sino a pesar de ella. Esta complejidad adicional significa que al tener dos genes separados cada uno puede estar encendido o apagado en momentos diferentes o en diferentes lugares. Tan pronto surge un beneficio, la selección natural favorecerá su propagación. Esta idea podría explicar por qué la evolución parece acelerarse después de las extinciones en masa. Tales eventos reducen el tamaño de la población, debilitando la selección y aumentando las posibilidades de mayor complejidad primero genómica y luego física y de conducta. <<< >>> La selección de grupos puede favorecer los intereses de un grupo sobre los de sus individuos, y la selección del ecosistema podría favorecer al ecosistema en detrimento de las especies. Un trabajo con el ecosistema de cientos de especies microbianas del suelo. Con cada “generación” se midió la capacidad de soportar una mayor biomasa vegetal y se seleccionó para dar origen a la próxima generación. Después de 16 generaciones, los ecosistemas de suelo seleccionados podían soportar 3 veces más biomasa. La selección artificial se basó en una propiedad del ecosistema (no de una especie), era una selección de ecosistemas. No hay una especie que pueda hacer el trabajo del ecosistema; si miramos cada especie no se puede predecir el conjunto. La mayoría de las bacterias viven en colectivos multiespecies y su evolución podría estar en un contexto de alto nivel. <<< >>> Los mamíferos machos no necesitan los pezones, pero los tienen atrofiados porque no cuesta mucho hacerlos. Así que no hubo ninguna presión selectiva para evolucionar desarrollos independientes y “apagar” el crecimiento del pezón en los machos. Algunos llegaron a afirmar que el orgasmo femenino existe para la misma razón que los pezones en los machos, aunque esto es una idea mucho más controvertida. La baja estatura de los pigmeos podría ser un efecto secundario de la selección para la maternidad temprana en poblaciones donde la mortalidad es alta. Los genes pueden tener diferentes roles en diferentes momentos del desarrollo o en diferentes partes del cuerpo. Así que la selección de una variante puede tener todo tipo de efectos no relacionados. La homosexualidad en los machos podría estar vinculada a variantes de genes que aumentan la fertilidad en las hembras. El apéndice tiene una evidencia clara: somos más propensos a sobrevivir sin el apéndice que con él. Si no desapareció es porque la evolución es un juego de números. La población humana era muy pequeña y la expectativa de vida era baja. Había menos posibilidades que el apéndice fuera la causa de muerte y se seleccionaran aquellos que lo redujeran. Otra posibilidad es estar atrapados en un callejón sin salida evolutivo: si el apéndice se contrae, la apendicitis se hace más probable, lo que favorece su retención. Las muelas del juicio son otro vestigio. La mandíbula más pequeños y débil permitió a nuestros antepasados hacer crecer el cerebro, pero deja menos espacio para los molares. Estos molares crecen donde no hay lugar, con consecuencias potencialmente fatales. Una posible razón de la persistencia es que aparecen luego de la edad reproductiva, cuando la selección contra ellos es débil. <<< >>>
La Selección Natural: (2) La selección genética. Algunos experimentos de anulación de genes indican que el cambio en un gen tiene efectos imprevisibles en otros sistemas. Los rasgos están ligados, y quizás sea imposible aislar completamente los efectos de un único gen. Esto pone límites a los dichos del tipo “el gen de la agresión”. No se puede concluir que se encontró el “circuito de la imagen” en un monitor cuando se anula un elemento y la imagen desaparece. Además, neutralizar el mismo gen en dos especies diferentes puede tener distintos efectos. <<< >>> Galileo escribió que “el universo no puede leerse hasta que hayamos aprendido el lenguaje y nos familiaricemos con los personajes.” A principios de siglo se pensaban que había genes humanos que volvían al cerebro humano especial. Ahora sabemos que tenemos la mitad de los genes que una planta de arroz. La razón por la que el cerebro humano es más grandes es porque determinados genes se mantienen activos por más tiempo. <<< >>> Los genes convierten a una hormiga trabajadora en ayudante de la reina, en lo que parece ser una actitud altruista. Sin embargo, ayudan a transmitir sus propios genes en una actitud egoísta. Los “genes egoístas” no siempre favorecen la conducta egoísta y poco cooperativa. La evolución nunca favorece a “genes desinteresados”. Por ejemplo, en un depredador un gen podría restringir el número de crías para evitar la aniquilación de la población de las preses; pero este gen debería sucumbir ante otro gen egoísta que maximiza la reproducción. A la selección de genes, se le anexa la “selección de especies”, la cual puede oponerse a la selección individual tendiendo a un balance de fuerzas opuestas. La selección de especies no puede construir cuernos, pero puede determinar cuántas especies tienen cuernos. Lo que se necesita como individuo es diferente a lo que se necesita como especie. <<< >>> Una visión dice que la vida se basa en la transmisión de instrucciones (genotipo), no en que se hace con esas instrucciones (fenotipo). Otros dicen que es lo que se hace lo que determina el destino de las instrucciones. Entonces, debe centrarse en los rasgos físicos y comportamiento y no en los genes que los subyacen. Sin embargo, los genes llevan información estable, mientras los individuos parpadean dentro y fuera de la existencia. Por lo tanto, tendría más sentido estudiar los genes en lugar de sus vehículos temporales. <<< >>> La selección natural no es el único medio de evolución. Muchos cambios se deben a la deriva genética aleatoria en lugar de la selección positiva. Sería la supervivencia de los más afortunados. Hay características que pueden variar un poco sin afectar la función, entonces la oportunidad desempeñaría un papel más importante que la selección natural en la evolución. El ADN está bajo constantes errores de copiado. Se estimó que hay más de 100 nuevas mutaciones en cada embrión humano. Algunas son perjudiciales y son susceptibles de ser eliminadas por la selección natural. La mayoría son inocuas porque la mayor parte del ADN es basura inútil. La deriva genética puede contrarrestar la selección natural. Muchas mutaciones beneficiosas se pueden perder por casualidad, mientras que los poco perjudiciales podrían propagarse. Cuanto más pequeña es una población, mayor es el papel de la deriva genética. Las poblaciones humanas eran pequeñas hasta hace unos 10.000 años, y pasaron por varios cuellos de botella desde hace 2 Ma. Un cuello de botella se produjo cuando unos pocos individuos emigraron de África hace 70.000 años, y colonizaron otras regiones. <<< >>> Tres grupos de mamíferos terrestres colonizaron el océano, dando lugar a las ballenas, morsas y manatíes. El cambio genético en los tres linajes debería revelar si la evolución siguió caminos similares o diferentes. Se encontró que muchos genes cambiaron en forma diferente en cada linaje, lo que sugiere que la aleatoriedad desempeñó un papel importante. Pero en 15 genes los cambios fueron iguales en los tres linajes, lo que indica que la solución fue la misma. Esto pone en evidencia una creatividad predecible o una escasez de opciones viables. El análisis similar de los genomas de perros, elefantes y vacas entregó una convergencia similar en sus mutaciones. <<< >>>
Evolución en tiempo real: (1) Algunos ejemplos. Una noción mal arraigada es que los cambios evolutivos son imperceptibles en el corto plazo y se acumulan en millones de años. La verdad es lo opuesto: los organismos evolucionan muy rápido, a largo plazo la mayoría de los cambios evolutivos se anulan mutuamente y aparecen como largos períodos de estabilidad. La evolución parece lenta porque la selección es débil. Como la evolución es un proceso aleatorio sin ningún propósito, en lugar de ir a algún lugar lento, lo que hace es ir muy rápido a ninguna parte. Lo que sigue son ejemplos de la evolución trabajando en tiempo real <<< >>> En 1897 fue la primera advertencia que poblaciones de insectos se volvían resistentes a los insecticidas. El mosquito Culex pipiens desarrolló resistencia a los insecticidas organofosforados cuando una mutación produjo varias copias de un gen, lo que le permitió hacer más de una enzima que podría romper los pesticidas. Esta mutación se extendió por todo el planeta. <<< >>> En 1866, se informó que un gusano atacaba las manzanas (un cultivo exótico en América que llevaba 300 años). Este “gusano de la manzana” resultó ser una cepa de la mosca del espino (especie nativa de Norteamérica) que había cambiado la dieta. Los estudios genéticos mostraron que la mosca parece estar en el proceso de división en dos especies. Mientras tanto, las avispas parásitas cuyas larvas se alimentan de los gusanos también se están especiando. La especiación del huésped impulsa la especiación de los parásitos. <<< >>> En 1990 llegó a la isla hawaiana de Kauai una mosca parásita que rastrea a los grillos machos por su llamada y deposita los huevos sobre ellos. Las larvas devoran a los grillos vivos, lo que desplomó la población. En 2003, la población de grillos empezó a recuperarse porque tenía una mutación que altera las alas y les impide emitir sonidos. Pero, algunos machos aún tienen la capacidad de emitir llamadas. De esta forma, la población silenciosa se reúne junto a los machos que cantan y atraen a las hembras para reproducirse. Pero ¿qué sucederá?, porque puede que se dirijan hacia un callejón sin salida evolutivo. <<< >>> En 1977, una sequía en una isla de Galápagos destruyó las plantas que producen semillas pequeñas y muchos pinzones murieron. Las aves que tenían picos más grandes y podían alimentarse de semillas más grandes, lograron sobrevivir. En pocas generaciones el tamaño del pico aumentó un 4%. En 1983, el retorno de la humedad volvió más abundantes a las semillas pequeñas. Entonces, el tamaño del pico se redujo. La evolución se invirtió. <<< >>> En 1981, un macho de Gran Pinzón Nopal (Geospiza conirostris) pasó de la isla Española (Galápagos) a la isla Daphne Mayor, a 100 km de distancia. Entonces, se apareó con una hembra de Pinzón Terrestre (Geospiza fortis) iniciando un nuevo linaje. El seguimiento del linaje fue por 6 generaciones. Se determinó un aislamiento reproductivo de los híbridos debido a que el canto era inusual y no atraía a las hembras de las especies nativas. También se diferenciaron por tamaño y forma del pico. Las 18 especies de Pinzones de Darwin derivaron de una especie ancestral de 1-2 Ma. En miles de años existió un considerable flujo de genes entre pinzones y es probable que nuevos linajes se hayan originado muchas veces y la mayoría se extinguieron. El ejemplo actual de hibridación puede o no llegar a ser un nuevo linaje, pero si no se conociera la historia podría llegar a catalogarse como una especie diferente. <<< >>> Un estudio con bacterias Pseudomonas aeruginosa generó 380 poblaciones para medir la capacidad de evolucionar nuevos rasgos metabólicos (p.e., capacidad de degradar nuevos azúcares). Luego de 30 días de evolución, se secuenciaron los genomas de las bacterias que desarrollaron los nuevos rasgos metabólicos. Se encontró una tendencia a evolucionar mediante mutaciones en genes preexistentes duplicados en el genoma. La duplicación de genes permite que las bacterias desarrollen nuevas funciones metabólicas sin comprometer las existentes. En los organismos multicelulares los genes se duplican en forma espontánea. Las bacterias tienden a adquirir genes duplicados mediante transferencia horizontal de genes de bacterias vecinas. Es el equivalente bacteriano del sexo. <<< >>> En los años de 1950 se experimentó con la Moscas de la Fruta (Drosophila melanogaster). Cuando las crisálidas se calientan algunas crías desarrollan alas sin nervaduras transversales. Estas moscas se seleccionan para generar una población particular. Se notó que en la generación 14, algunas moscas carecían de nervaduras, incluso sin calentar su pupa. Así, una característica física surgida como respuesta a un stress ambiental se transforma en hereditaria. ¿Cómo es posible? Pueden ser genes inactivos que son activados o mutaciones aleatorias que tienen efectos similares. En un entorno donde una respuesta es crucial para la supervivencia, sólo las mutaciones que refuerzan esta respuesta se propagan en la población. Así, la vía de desarrollo alterada se estabilizará y se vuelve hereditaria. Se llama “asimilación genética” y consiste en favorecer una determinada mutación cuando se produce por azar. <<< >>> Solo 7 especies del género Magicicada de cigarras viven bajo tierra durante más de una década y salen a reproducirse en masa. El árbol genealógico indica un ancestro común que se dividió en tres linajes y luego desarrolló formas de ciclos de 13 y 17 años. Las cigarras no desarrollaron defensas comunes en los insectos como camuflaje o vuelo ágil. Se trata de “fuerza bruta” (millones durante un tiempo) y aparición poco frecuente (cada 13 o 17 años). Los depredadores no pueden comer toda una generación. Un estudio desenterró muestras periódicas y encontraron todo tipo de etapas de desarrollo fuera de sincronía. La temperatura del suelo puede indicar el día de aparición masivao, pero cómo las cigarras eligen el año correcto es un acertijo. Esta estrategia podría haber sevido para sobrevivir a las glaciaciones. Cuanto más largo es el ciclo de una cigarra, menos veces las poblaciones tendrían que jugar a la ruleta climática. Se sospecha que los números grandes y primos son mejores en esta estrategia. Si las cigarras tuvieran un ciclo de años par coincidirían con depredador en ciclos de dos. Los años primos también minimizan la hibridación entre cigarras con diferentes ciclos. Con ciclos de 13 y 17 años, la aparición simultánea ocurre cada 221 años. <<< >>> La Curruca Arbustiva (Horornis diphone) fue introducida en 1929 en Hawai. Se tomaron muestras de sangre y músculo de 147 currucas de 5 islas. Los resultados indican que se está produciendo una deriva genética. Las aves de la isla Oahu tienen una mayor diversidad genética que las de otras islas, porque la población original era más grande. Pero parecen estar en una trayectoria genética distinta, lo que sugiere que con el tiempo las aves en las respectivas islas pueden continuar divergiendo genéticamente. <<< >>>
Evolución en tiempo real: (2) Escherichia coli. El experimento evolutivo más largo se inició en 1988 con 12 cultivos de la misma cepa de Escherichia coli. Desde entonces se acumularon 56.000 generaciones. Se les dio un régimen de baja concentración de glucosa de azúcar (alimento predilecto), lo que mantiene la población bajo control. Cada 500 generaciones se congelaron muestras de cada cultura, creando un “registro fósil” artificial. Esto permite resucitar el pasado y medir el progreso evolutivo mediante la comparación en diferentes momentos del proceso evolutivo. Durante 56.000 generaciones las nuevas camadas siempre crecieron más rápido que las anteriores. Sus resultados se ajustan a un patrón matemático conocido como una “ley de poder”, en la cual algo puede aumentar para siempre, pero a un ritmo cada vez menor. Esto sugiere que la evolución nunca alcanza un pináculo de perfección donde el progreso se detiene, incluso en los ambientes más simples y constantes. <<< >>> Muchas bacterias pueden acelerar la velocidad de mutación genética, lo que permite obtener nuevas habilidades potencialmente útiles en épocas de condiciones adversas. Pero es una estrategia arriesgada, porque muchas de las nuevas mutaciones podrían ser dañinas o incluso mortales. Es una táctica de último momento. Por ejemplo, Escherichia coli y la levadura mutan más rápido cuando están bajo estrés. <<< >>> Algunos biólogos dicen que la evolución es un proceso determinista, que ambientes similares producen resultados similares. Otros, piensan que el curso de la evolución sigue giros impredecibles. Estos últimos consideran la evolución como el estudio de la historia: algo que se puede entender sólo en retrospectiva. Predecir la evolución es dramático para entender la resistencia a los antibióticos o de las plagas a los pesticidas. Algunos insisten en que, aunque las mutaciones son aleatorias, la evolución no lo es. En el experimento mencionado de 12 poblaciones de E. coli, una población en la generación 31.500, desarrollo la capacidad de alimentarse de citrato (ácido cítrico). El citrato no puede ser usado por esta bacteria desde hace 13 Ma. Entonces se tomaron las muestras congeladas y se volvió a ejecutar la evolución. La única vez que se evolucionó de nuevo esta facultad fue con células de la generación 20.000 o posterior. Es evidente que algo ocurrió en ese momento que sentó las bases para evolucionar luego el uso del citrato. Se requirieron 3 innovaciones: (1) La potenciación ocurrió cerca de la generación 20.000 con 2 mutaciones. (2) La actualización, ocurrió cerca de la generación 31.000, cuando se copió un tramo de ADN que contenía un gen inactivo para mover el citrato a las células y se insertó la copia cerca del gen original. Entonces se comenzó a producir nuevamente la proteína de bombeo de citrato. Antes no se podía introducir citrato en la célula para ingerirlo. (3) El refinamiento, demoró 2.000 generaciones (un año en el laboratorio) e incluye hacer más copias del gen citrato-transportador para mejorar el proceso. <<< >>> En los ecosistemas naturales es difícil aislar un cambio y atribuirlo a variaciones del ambiente, a las presiones de especies vecinas o a factores al azar (deriva genética). Las interacciones depredador-presa pueden llevar la evolución por vías divergentes e impredecibles. En un experimento se encontró que no solo la escasez de alimento aplica presión evolutiva, sino que la abundancia también puede hacerlo. Se hizo crecer una población de bacterias E. coli en un ambiente sobresaturado de solución de glucosa. Se generó entonces una competencia por el exceso de glucosa, donde los más fuertes estaban más cerca de la fuente de comida. Así que, los más débiles desarrollaron la capacidad de alimentarse de las sobras de las más fuertes. Como resultado, un grupo de bacterias se alimentaban en forma normal dividiendo la molécula de glucosa en dos, mientras que el segundo grupo evolucionó la facultad de dividir estos restos para tener energía. <<< >>> Un estudio tomó una placa de Petri de un metro de lado donde se creó un ambiente de crecimiento para bacterias Escherichia coli. Se generó un gradiente creciente de antibióticos con baja concentración en los bordes y máximo en el centro. Se colocaron poblaciones bacterianas en los bordes y se siguió el crecimiento durante 10 días. A medida que E. coli mutaba para tolerar mayores niveles de antibióticos, los descendientes penetraban el territorio de la placa. Las bacterias que llegaron al centro toleraban dosis de antibióticos 1.000 veces más altas que las necesarias para matarlas en los bordes. Las bacterias altamente resistentes se propagan más lentamente, y los descendientes de los rezagados formaron bolsones de superresistencia a bajas concentraciones de antibióticos. <<< >>> Para ver cómo los microbios que habitan en la boca y los intestinos cambian con el tiempo, se hizo una crónica del microbioma durante todo un año. Un diagrama de tiempo muestra el flujo y reflujo de phyla de bacterias en el intestino a partir de las muestras fecales diarias. Las fluctuaciones permitieron observar que un viaje al extranjero por 2 meses tuvo un efecto dramático, pero efímero, en el microbioma. <<< >>>
Evolución en tiempo real: (3) Mala hierbas resistentes. Las malas hierbas tienen dos características inquietantes: la velocidad (evolución rápida) e ingenio (muy adaptable). Una mala hierba es una planta en el lugar equivocado o el momento equivocado. Se adaptan a un nivel asombroso de abuso y lugares extremos. Sorprende su tenacidad (resiliencia); en algunos casos cortarlas en mil pedazos significa tener mil plantas. Arrancar una mala hierba anima a otras de raíces más profundas. Los herbicidas activan las mutaciones, haciendo más daño al hombre que a las plantas. Las malas hierbas se hacen más fuertes gracias a nuestro esfuerzo por eliminaras. Las plantas no son espectadores pasivos. Muchas cambian de tamaño o color durante una generación; otras generan sus propios pesticidas; o imitan feromonas de insectos; o regulan su temperatura; etc. Algunos botánicos dicen que no encuentran distinción entre buenas o malas hierbas, nativas y exóticas: Para ellos, el cultivo de las plantas durante milenios ha creado una mayor biodiversidad, no menos. <<< >>> Un extenso estudio de 355 lotes en el 2014 (soja de primera en primavera o maíz tardío en verano) permitió obtener buenas enseñanzas. (1) Se identificaron 158 especies de malezas, muchas de difícil identificación en campo. (2) En cada sitio se identificaron problemas diferentes y magnitudes distintas, no hay una regla única. (3) Se observaron fases de invasiones diferentes y espacialmente heterogéneas. Se lo describió como el dilema “el que busca, encuentra”; de forma que cuando buscamos un problema, lo vemos, mientras que, si no lo buscamos, lo pasamos por alto. En la práctica funciona así: la fase de introducción de una maleza es dificultoso porque se asocia a especies que no se reconocen o con baja gravedad. Cuando vemos el problema es cuando estalla. (4) Se encontró que conjuntos de malezas se organizan en comunidades o ensambles de diversas especies. Cuando se detecta una maleza, es probable encontrar un conjunto de especies asociadas antes que especies que pertenecen a otro grupo. Se identificaron 5 grandes asociaciones de malezas. (5) Las comunidades dependen de la zona y la zonificación depende del ambiente, temperatura, régimen hídrico, sistemas de producción o labranza. Esto impide abordar distintas problemáticas con las mismas herramientas. <<<< >>> Está la posibilidad de que se haya alcanzado un punto crítico en nuestra capacidad para controlar las malezas agrícolas con los herbicidas del mercado. Al igual que las “superbacterias” resistentes a los antibióticos, las hierbas resistentes simplemente no pueden ser sacrificadas por los herbicidas. Todos los herbicidas caen en una de las 16 categorías que describen su modo de acción (MOA), u objetivo específico en la planta. Muchas malezas desarrollaron resistencia a múltiples MOAs. En algunas áreas, faltan uno o dos MOAs para perder completamente el control químico de ciertas malezas. Por ejemplo, en Illinois el Amaranthus es resistente a 5 de los 6 MOAs relevantes en una rotación maíz-soja, y desde hace 30 años no aparece un MOA nuevo. Una disminución de recursos debería aumentar el precio como una forma de prevenir el uso excesivo y el agotamiento total de los recursos, pero en los herbicidas los precios bajan. La hipótesis de un mercado racional que usa menos de un recurso menguante no sucede para los herbicidas. En lugar de un “mercado racional” se aplica la paradoja de Jevons (aumentar la eficiencia del herbicida incrementa el uso). En los años `80 los plaguicidas fueron determinantes en la agricultura intensiva. Eran económicos y efectivos; se aplicaban en forma preventiva y aun sin plagas. <<< >>> La aplicación de herbicidas generó con el transcurso del tiempo los biotipos resistentes. Las malezas que mueren cuando se aplica herbicida se llaman susceptibles. Si el herbicida no afecta a ciertas malezas se las llama tolerantes. Si una maleza que era susceptible comienza a resistir la aplicación de herbicida se la llama resistente. Las malezas tolerantes son similar a la soja transgénica que también es tolerante a las dosis del herbicida. En cambio las malezas resistentes son individuos dentro la población de su especie que resisten la acción y pueden propagar esta característica. De esta forma tras varias generaciones pasan de ser una minoría a la mayoría. Por ejemplo, se registran al 2015 a nivel global 309 biotipos de 183 especies que son malezas resistentes a diferentes herbicidas. Para el glifosato suman al menos 13 especies resistentes. La tolerancia suele generarse en los bordes del lote debajo del alambrado y luego se propaga. Cuando una maleza resiste dos o más herbicidas que tienen el mismo modo de acción se llaman de resistencia-cruzada. Si resisten dos o más herbicidas con diferente modo de acción se llaman de resistencia-múltiple. Existen cientos de principios activos (materia de origen natural o químico con actividad de medicamento) que se resumen en 16 modos de acción diferentes (p.e., inhibidores de enzimas, de fotosíntesis, de la división celular). Pero no basta con rotar los principios activos (químico y marca), sino que se requiere rotar los mecanismos de acción para el control de malezas. <<< >>> El Amaranto (Amaranthus palmeri) es una hierba que se convirtió en la pesadilla de los agricultores. El amaranto resistente al herbicida Glifosato se identificó en el 2005 en Georgia (Estados Unidos) y para el 2014 estaba en 24 estados. En el 2013 se informó de la presencia al sur de Córdoba (Argentina), resistiendo a varios herbicidas en campos de soja. El amaranto es una planta separada por sexo (masculina y femenina) lo que facilita la diversidad de genes para volverse resistente a los herbicidas. Es muy prolífica con hasta 500.000 semillas por planta. Tiene muchas formas de propagación: mediante el estiercol de las vacas o por las aves (por eso se inicia bajo los alambrados), la maquinaria agrícola que recorre varios campos en alquiler, los envases de fertilizantes y por el viento. Germina casi en cualquier momento, por lo que el glifosato aplicado en octubre es inútil en enero. Crece a razón de 2 cm al día y cuando supera los 10 cm los herbicidas pierden eficacia. Una alternativa de control es el uso de cóctel de varios químicos y rotación con uso de herbicidas diferentes; la remoción mecánica a mano y quema de las plantas; aplicar labranza profunda para enterrar las semillas; cultivar coberturas de centeno y preferir el cultivo de maíz en lugar de soja. Una vez esparcida puede llevar a la pérdida del 75% en el rendimiento de soja. La maquinaria agrícola debe ser cuidadosamente limpiada cuando cambia de campo, mediante el soplado de aire en áreas que no permitan germinar a las semillas. Pero el amaranto dista mucho de ser una “mala hierba”, ya que una de las especies de este género (kiwicha, en quechua) se usaba en el imperio maya e inca como alimento y se la consideraba sagrada por los poderes curativos. Se encontró en tumbas de 4.000 años y se estima que se usa desde hace 7.000 años. <<< >>> En Argentina la primer graminea resistente al glifosato fue el Sorgo de Alepo (Sorgum halepense), cuya denuncia es del 2005. En el 2015 se reportaron biotipos de sorgo de alepo con resistencia doble a glifosato y haloxifop. Este sorgo es originario de África y se introdujo en América en la época de la colonia. Se lo puede usar como forraje seco para alimentación de animales, pero en condiciones especiales genera una sustancia tóxica para las vacas que lo consumen fresco. Son altamente competitivas en climas extremos de forma que producen la pérdida del rendimiento de caña de azucar o soja (más el 45%). La remoción mecánica es poco eficiente porque se reproducen por rizomas de forma que se puede cortar y vuelve a salir desde el suelo. <<< >>> Los mosquitos Culex pipiens desarrollaron resistencia a los insecticidas organofosforados cuando una mutación produjo varias copias de un gen, lo que les permitió producir más de una enzima que rompe el pesticida. <<< >>>
Evolución en tiempo real: (4) los antibióticos. Se sabe que los genes de las bacterias que dan la resistencia a los antibióticos se originan en los mismos microorganismos que producen el antibiótico: en el grupo de bacterias del suelo Actinobacteria. Cerca del 80% de todos los antibióticos son producidos por actinobacterias y llevan genes de resistencia al antibiótico. La transferencia de genes podría producirse mediante un primitivo intercambio cuando los patógenos entran en contacto con la actinobacteria. <<< >>> Un estudio recolectó muestras de 530 aves en 18 granjas. Se probó la resistencia a antibióticos esenciales para la medicina humana. Las fincas que usaban antibióticos para promover el crecimiento tuvieron 3 veces más probabilidades de ser resistentes a múltiples fármacos. Se encontraron depósitos de resistencia en ambos tipos de granjas, pero las granjas de carne tenían 2 veces las tasas de resistencia que las granjas productoras de huevos. <<< >>> El estudio de la vida microbiana en los intestinos de las abejas melíferas encontró como se propaga la resistencia. En lugar de que la bacteria que adquiere resistencia supere al resto y se imponga, se encontró que los genes de resistencia se diseminaron en toda la comunidad bacteriana. Existe similitud entre las abejas melíferas y las bacterias intestinales humanas, ya que algunas bacterias están en simbiosis con el huésped. Como deben estar sanas para que el hospedador esté bien, los genes resistentes a los antibióticos se han extendido a todos. Además del uso en medicina humana, la tetraciclina es un antibiótico que se ha usado ampliamente durante décadas para promover el crecimiento en animales. También se rocía comúnmente en las plantas, incluidos los manzanos y los perales, para prevenir enfermedades como la niebla del peral y del manzano. En los Estados Unidos, la tetraciclina se ha usado incluso en granjas orgánicas. En Noruega, las reglas sobre el uso de antibióticos son mucho más estrictas. Se compararon los genes resistentes a los antibióticos en poblaciones de abejas melíferas de Arizona y Noruega. En las abejas de Arizona, a pesar de que no han estado en contacto con la tetraciclina durante muchos años, los genes de resistencia todavía están allí. En la población noruega se encontraron pocos genes resistentes a los antibióticos. <<< >>> En 2016, una epidemia sobre el trigo en Bangladesh e India surgió probablemente por la introducción de una cepa sudamericana de hongo. El hongo infecta las cabezas de trigo y evita la producción de semillas. No hay resistencia natural a esta enfermedad donde las pérdidas de cosechas son del 100%. Los fungicidas no son eficientes debido al desarrollo de resistencia dentro del hongo. El hongo fue identificado en Brasil en la década de 1980 y se extendió a los vecinos (incluyendo Argentina), permaneciendo aislada hasta 2011. Allí experimentó una mutación en un gen clave que codifica una proteína que es reconocida por el trigo y que genera una proteína de resistencia al hongo. Esta mutación permite al hongo escapar a la resistencia del trigo. <<< >>>En la casi ingravidez de la Estación Espacial Internacional (ISS) un experimento cultivó bacteria E. coli y se las trató con sulfato de gentamicina, un fármaco que las mata en la Tierra. La respuesta de las bacterias incluyó aumentar 13 veces el número de células y reducir el 73% el volumen celular comparado con un grupo de control de la Tierra. Las bacterias se comportan de manera diferente en el espacio y necesitan concentraciones más altas de antibióticos para matarlas. En el espacio no hay gravedad (flotabilidad y sedimentación) y la única forma de ingerir nutrientes o drogas es mediante difusión natural. La pared y membrana celular se volvieron más gruesas lo que protegería más a las bacterias del antibiótico. La bacteria E. coli crecida en el espacio tiende a formarse en grupos, de forma que una cáscara de células externas protege las células internas de los antibióticos. <<< >>> La primer línea de la novela “Anna Karenina” (León Tolstoi) dice que “todas las familias felices son iguales, cada familia infeliz es infeliz a su manera”. Los microbiomas cambian cuando están bajo stress (temperatura, tabaquismo, diabetes). Los estresores como los antibióticos o la diabetes pueden afectar a los microorganismos de diferentes formas. La disbiosis se refiere a que las comunidades microbianas están fuera de su equilibrio natural, lo que puede resultar en la interrupción de las funciones biológicas básicas para el humano o animal huesped. <<< >>>
Evolución en tiempo real: (5) los fósiles vivientes. Cuando Darwin acuño el término “fósiles vivientes” en 1859, estaba pensando en especies vivas que se parecen a sus antepasados. Su explicación fue que ocuparon nichos, escaparon de la competencia, y no cambiaron. Se calcula que el 99,9% de las especies que han existido se extinguieron, ya que una especie multicelular en promedio dura entre 1 y 10 Ma. Las 5 extinciones en masa mataron desde 76 al 96% de las especies, donde el azar juega un papel importante en la supervivencia. Los Ginkgos son hoy árboles idénticos a los de hace 125 Ma. Hoy día resisten muy bien la contaminación atmosférica de las ciudades. El Tatuara es un reptil de género Sphenodon que vive en Nueva Zelanda. Hace 200 Ma eran abundantes y cuando hace 80 Ma Nueva Zelanda se separó de Gondwana, los mamíferos se extinguieron y el tuatara prosperó. Tienen largas vidas y alcanzan la madurez reproductiva a los 15 años; no dejan de crecer hasta los 30 años. Su secreto es vivir aislado, sin competencia y despacio. Referido al Sphenodon se estudiaron los huesos de la mandíbula fósiles y se los comparó con la adaptación dietética. Se examinó también las tasas de evolución morfológica. El estudio confirmó dos puntos: (1) el tuatara mostró una evolución muy lenta, y (2) su anatomía es muy conservadora. Los cocodrilos se mantienen igual desde hace 140 Ma, pero el grupo de origen eran depredadores acuáticos con variedad de formas, tamaños y estilos de vida. La cucaracha lleva 250 Ma siendo un generalista ecológico. Su secreto: ser abundante y oportunista. El Impala lleva 7 Ma sin cambios, pero sus parientes (ñus y alcélafus) cuentan 32 especies, la mayoría extintas. Si hay cambios en la vegetación, el impala come algo diferente, en tanto los otros se extinguen y surgen nuevas especies. Su secreto: la adaptabilidad al cambio. Los Celacantos compartieron su hogar con trilobites y moluscos primitivos hace 400 Ma. Hace 200 Ma el grupo llegó a su máximo y hoy viven en dos pequeñas poblaciones en Madagascar y Sulawesi-Indonesia. Está adaptado a bajos niveles de oxígeno, con bajo requerimiento de alimentos. Las cuevas de aguas profundas son su hábitat y apenas cambió. Su secreto: el hábitat estable. Para hábitat estable consideremos las arqueobacterias termófilas que evolucionaron hace 3.500 Ma y viven en agua a punto de ebullición. Los Nautilus son 3 especies, pero dominaron la vida marina hace 300 Ma. Estos moluscos tienen lenta reproducción y puede que tengan una historia que les ha puesto en una camisa de fuerza evolutiva. Quizás son organismos tan complejos que es muy difícil cambiar un aspecto sin destrozar todo lo demás. Así que la evolución podría detener la evolución, dejándolos atrapados en una rutina. Es una animación suspendida que en los Amphioxos lleva 550 Ma, porque no tienen suficientes genes para mejorar su diseño. Tiene unos 20.000 genes, comparado con los vertebrados posteriores que tienen más de 70.000. Las razones de la supervivencia son varias: ser generalista o especializado; vivir rápido o lento; mantenerse simple o no hacerlo; estar en el lugar indicado; tener una fisiología que puede soportar cualquier cosa. Las especies marinas tienden a persistir más tiempo que las terrestres, tal vez porque el medio marino es menos variable. <<< >>>

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